KR20050002297A - 위성수신용 평면 안테나의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위성수신용 평면 안테나의 구조에 관한것으로, 위성수신용 평면 안테나에 있어서, 맨 아래에 하층 그라운드면을 갖고 있고, 그 위에 2mm 높이를 갖는 공기층이 있으며, 이 공기층은 폼 및 에필론 수지 등으로 구현될 수 있고, 그 위에 유전체 필름이 위치하며, 다시 그 위에 공기층과 방사슬롯을 갖는 상층 그라운드면이 있는 것을 특징으로 한다.

Description

위성수신용 평면 안테나의 구조{plane antenna structure for receiving satellite }

본 발명은 위성수신용 평면 안테나의 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로파대역의 국가 또는 위성사업자의 다양한 서비스에 따른 고이득 평면 안테나의 개발과 응용에 활용될 수 있으며, 이중편파를 사용할 수 있는 결과를 도출함으로써 선형편파나 원형편파가 단독으로 사용되는 다양한 기술적 사양에 쉽게 접든할 수 있으며, 수십 GHz 이상의 대역에서도 활용될 수 있는 위성수신용 평면 안테나의 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 위성 자동 추적장치는 이동중인 버스, 승용차, 기차, 선박등 다양한 종류의 이동체에 탑재하여 이동중에도 지역에 관계없이 실시간으로 깨끗하고 완벽한 위성방송 수신이 가능한 전자적 제어방식의 안테나 시스템이다.

위성산업은 21세기 가장 경쟁력있는 산업분야로 떠오르고 있으며 미래의 핵심산업으로 초고속위성통신, GMPCS, IMT-2000,위성멀티미디어 및 GPS이용서비스 등 위성서비스가 다양화, 고품질화 됨에 따라 전세계적인 위성산업시장 규모가 확대되고 있는 추세이다.

본 발명에서는 이동용 포지셔너에 부착되고 HOTBIRD 및 ASTRA위성 등의 방송수신을 위한 평면 안테나의 설계 및 구현에 관해서 연구하였다.

현재 개발한 위성 평면 안테나의 중심주파수는 약 12.1GHz 이고 800MHz 대역폭을 가진다.

수신안테나는 이득이 31∼32dbi정도이며 수평편파 특성을 갖는다.

본 발명은 이동용 포지셔너에 부착이 적합하도록 가볍고 동시에 11.7GHz∼12.7GHz 대역의 위성방송도 수신 가능한 위성수신용 평면 안테나의 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 위성수신용 평면 안테나에 있어서;

맨 아래에 하층 그라운드면을 갖고 있고, 그 위에 2mm 높이를 갖는 공기층이 있으며, 이 공기층은 폼 및 에필론 수지 등으로 구현될 수 있고, 그 위에 유전체 필름이 위치하며, 다시 그 위에 공기층과 방사슬롯을 갖는 상층 그라운드면이 있는 특징을 갖는다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 제한된 크기에서 고이득 특성을 나타내야 하고 생산성 및 경제성을 갖추어야 하는 부분에 있다. 즉, 기존의 종단된 마이크로스트립 라인을 이용한 안테나의 방사특성을 마이크로스트립 패치 안테나로 대체하였으며 이로 인하여 방사슬롯의 크기를 증가시켜 제한된 크기에서 안테나의 개인을 높일 수 있었다.

또한, 저가의 유전체 필름과 에필론 수지를 이용하여 무게를 감소시킴과 아울러 제품의 경쟁력을 높였다.

그림 1.은 기존의 일반적인 마이크로스트립 안테나와 본 발명 안테나의 1-소자를 비교한 것이다.

그림 1.

(a) (b)

그림 1.의 (a)는 기존에 마이크로스트립 라인으로 급전되고 끝이 종단되어 그 끝에서 전자기파를 방사하여 위의 방사슬롯에 여기되는 원리를 나타내고 있다.

그림 1.의 (b)는 급전라인에 연결된 마이크로스트립 패치 안테나와 방사를롯을 보이고 있으며, 그림 1.의 (a)와 (b)의 차이는 방사원의 면적의 차이에 있는 것을 알 수 있다.

그림 2.는 그림 1. 각각의 안테나에 여기되는 E-field의 비교를 한 것이다.

그림 2.

(a) (b)

그림 2.는 그림 1의 (a)와 (b)의 안테나에 형성되는 E-field를 보여주고 있다. (a)와 같이, 방사원을 종단된 마이크로스트립 라인 대신에 그 끝을 (b)처럼 면적을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나를 이용하여 방사원의 크기를 증가시킴으로써 높은 방사량을 갖고 강한 E-필드 전자기파를 나타낼 수 있도록 대체하였으며, 결과적으로 안테나의 개인을 증가시리 수 있고, 임의의 방사슬롯과 마이크로스트립 패치 안테나의 크기를 자유롭게 변형시키기가 수얼해 질 수 있는 장점을 지닌다.

또한, (B)에 나타나 있는 방사패치 가운데 움푹 들어간 홈은 안테나의 공진길이의 변화를 주어 주파수 대역폭을 증가시키는 역할과 안테나의 이득을 높이는 역할을 한다.

그림 3.은 본 발명의 실시예로 개발된 안테나의 구조를 나타낸 것이다.

그림 3.

(a) (b) (c)

그림 3.에 나타난 본 발명에서 개발된 안테나의 최종적인 구조는 (c)와 같다. (a)는 안테나의 방사역할을 하는 방사슬롯의 모양과 위치를 나타내고, (b)는 그림(a)의 바로 밑에 위치하는 방사패치와 방사패치에 연결된 마이크로스트립 라인을 보여주고 있다.

그림(a)와 (b)가 2mm의 공기층을 서로 갖고 겹쳐져 그림 (c)가 되며 최종적인 안테나의 모양을 나타내주고 있다.

위 안테나의 입체적인 모습은 그림 4.에 나타나 있다.

그림 4.

그림 4.에 묘사된 안테나의 구조는 맨 아래에 하층 그라운드면을 갖고 있고그 위에 2mm 높이를 갖는 공기층이 있으며, 이 공기층은 폼 및 에필론 수지 등으로 구현될 수 있고, 그 위에 유전체 필름이 위치하며 다시 그 위에 공기층과 방사슬롯을 갖는 상층 그라운드면이 있는 구조로 되어 있다.

본 발명의 결과로 8×8 소자 어레이 안테나의 모습은 그림 5.에 나타내었다.

그림 5.

이런 구조를 갖는 본 발명 위성수신용 평면 안테나의 성능을 살펴본다.

주파수범위(frequency range)는 안테나의 수신 가능 범위를 나타내는 것으로써 Ku-밴드에 맞게 설계되어야 하며 방송 및 데이터용으로 사용 가능하여야 한다. 그림 6.과 같이 위성 수신용 평면 안테나의 주파수 밤위는 11.7∼12.8GHz로 한다.

본 발명 위성수신용 평면 안테나 반사손실 측정값은 그림 6,과 같다.

그림 6.

대역폭(bandwidth)은 주파수 범위와 같이 1.1GHz로 하며 방송서비스 및 데이터서비스의 대역을 포함하여야 한다.

편파특성(polarization)은 좌현편파(LHCP : left-handed circular polarization)와 선형편파를 동시에 만족하여야 하며 좌현편파인 경우 그림 7.과 같이 축비(AR)가 3dB 이하로 주파수 대역에 맞게 넓게 분포하여야 한다.

그림 7.

안테나의 복사이득(antenna gain)은 위성방송을 수신하기 위해서 최소 20dB를 가져야 하며 hotbird나 astra위성을 수신하기 위해서는 최소 31dB를 만족하여야 한다. 상대이득 측정법으로 측정하여 최개 32dB를 얻었다.

지향특성은 안테나를 기준으로 수직과 수평면의 반치각은 전자파 무반사실에서 측정하여 3.5±0.3°인 값을 만족하여야 한다. 그림 8.은 본 발명의 바위각 측정값을 나타낸 것이다.(f=11.85GHz)

그림 8.

그림 9.는 본 발명의 양각 측정값을 나타낸 것이다.(f=11.85GHz)

그림 9.

정재파비는 동작 주파수 대역에서 공청 임피던스 50Ω에 대하여 그림 10.과 같이 최소 정재파비 2:1 이하로 임피던스 정합되어야 한다.

그림 10.

안테나의 축비는 그림 7.과 같이 3dB 이하로 만족되어야 하며 원형편파와 선형편파의 편파감쇄는 약 3dB 이하이다.

안테나의 최종 출력단과 LNB의 입력단은 공징 임피던스 50Ω으로 임피던스 정합되어야 한다.

안테나의 복사효율은 최소 50% 이상일 때 국내 방송용 신호를 수신할 수 있으며 60% 이사일 때 유렵에서 사용되는 방송용 신호를 수신할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 마이크로파대역의 국가 또는 위성사업자의 다양한 서비스에 따른 고이득 평면 안테나의 개발과 응용에 활용될 수 있으며, 직접적인 활용분야로서 위성통신, 레이더, 표적 탐지기, LMDS 등을 들 수 있다.

또한, 이중편파를 사용할 수 있는 결과를 도출함으로써 선형편파나 원형편파가 단독으로 사용되는 다양한 기술적 사양에 쉽게 접든할 수 있으며, 수십 GHz 이상의 대역에서도 활용될 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (1)

1. 위성수신용 평면 안테나에 있어서;

   맨 아래에 하층 그라운드면을 갖고 있고, 그 위에 2mm 높이를 갖는 공기층이 있으며, 이 공기층은 폼 및 에필론 수지 등으로 구현될 수 있고, 그 위에 유전체 필름이 위치하며, 다시 그 위에 공기층과 방사슬롯을 갖는 상층 그라운드면이 있는 것을 특징으로 하는 위성수신용 평면 안테나의 구조.