KR20050093148A - 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 의한 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나는, 제1유전체기판, 웨이브 가이드 부재, 제2유전체기판, 주파수 변환장치, 및 반사판을 포함한다. 제1유전체기판의 상면에는 복수개의 패치가 형성된다. 웨이브 가이드 부재는 제1유전체기판의 하부에 배치되며, 웨이브 가이드 부재에는 패치의 위치에 대응하는 위치에 복수개의 관통홀이 형성되다. 제2유전체기판은 웨이브 가이드 부재의 하부에 배치되며, 그 상면에는 관통홀의 위치에 대응하는 위치에 복수개의 슬롯이 형성되고, 그 하면에는 상기 슬롯의 위치에 대응하는 위치에 급전선이 위치하도록 급전선 패턴이 형성된다. 주파수 변환 장치는, 상기 급전선 패턴을 통해서 수신되는 전파의 주파수를 변환한다. 반사판은 제2유전체기판으로부터 설정된 거리만큼 이격되어 상기 제2유전체기판의 하부에 배치되며, 반사판은 상기 제1유전체기판, 상기 웨이브 가이드 부재, 및 상기 제2유전체기판을 지지한다.

Description

빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나{BEAM TILT MICROSTRIP PATCH ANTENNA}
본 발명은 패치 안테나(patch antenna)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빔 틸트 타입(beam tilt type)의 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나(beam tilt microstrip patch antenna)에 관한 것이다.
빔(beam)을 틸트(tilt)시키지 아니하고 안테나면에 수직으로 빔을 방사(또는, 수신)하는 안테나는 그 효율은 좋으나 안테나면이 빔을 방사하는 위성체를 향하도록 설치되어야 한다. 따라서, 빔을 틸트시키지 아니하는 안테나는 전체적인 높이가 높아지는 문제가 있다.
이에 반해, 빔을 틸트(tilt)시키는 빔 틸트 타입 안테나는 일반적으로 안테나의 효율이 떨어지는 문제가 있지만, 전체적인 높이가 낮다는 장점이 있다. 이와 같은 이유로 최근에는 빔 틸트 타입 안테나가 널리 개발되고 있다.
종래에는, 금속판에 슬롯(slot)을 형성하여 빔을 틸트시키는 방식의 빔 틸트 타입 안테나, 또는 패치(patch)들을 원형이나 나선형 등으로 배치하여 위상차를 둠으로써 빔을 틸트시키는 방식의 빔 틸트 타입 안테나가 있다.
그러나, 이러한 종래의 빔 틸트 타입 안테나는 안테나 효율의 저하를 보상하기 위하여 많은 수의 패치가 필요로 한다. 따라서, 빔 틸트 타입 안테나의 횡 면적이 커지는 문제가 있다. 또한, 제작 공정이 복잡하고, 제작비가 비싼 문제가 있다.
본 발명은 상기 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 그 두께가 작으면서도 신호 전달특성이 양호한 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나는, 제1유전체기판, 웨이브 가이드 부재, 제2유전체기판, 주파수 변환장치, 및 반사판을 포함한다. 제1유전체기판의 상면에는 복수개의 패치가 형성된다. 웨이브 가이드 부재는 제1유전체기판의 하부에 배치되며, 웨이브 가이드 부재에는 패치의 위치에 대응하는 위치에 복수개의 관통홀이 형성되다. 제2유전체기판은 웨이브 가이드 부재의 하부에 배치되며, 그 상면에는 관통홀의 위치에 대응하는 위치에 복수개의 슬롯이 형성되고, 그 하면에는 상기 슬롯의 위치에 대응하는 위치에 급전선이 위치하도록 급전선 패턴이 형성된다. 주파수 변환 장치는, 상기 급전선 패턴을 통해서 수신되는 전파의 주파수를 변환한다. 반사판은 제2유전체기판으로부터 설정된 거리만큼 이격되어 상기 제2유전체기판의 하부에 배치되며, 반사판은 상기 제1유전체기판, 상기 웨이브 가이드 부재, 및 상기 제2유전체기판을 지지한다.
상기 급전선 패턴은, 상기 복수개의 패치 중 이웃하는 4개의 패치가 하나의 단위가 되도록 형성되며, 상기 이웃하는 4개의 패치에 순차적으로 90도의 위상차가 생기도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 각각의 패치는 마름모 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
좌선회 원편파가 형성되도록 상기 패치의 마주보는 꼭지점의 근처의 일부는 제거되는 것이 바람직하다.
상기 주파수 변환 장치는 상기 제2유전체기판에 일체로 장착되는 것이 바람직하다.
상기 반사판은 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 반사판의 상면에는 복수개의 지지대가 형성되고, 상기 지지대를 통해서 상기 제1유전체기판, 상기 웨이브 가이드 부재, 및 상기 제2유전체기판이 지지되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명한다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나(beam tilt microstrip patch antenna)(10)(이하에서는 단순히 "패치 안테나"라고 함)는, 제1유전체기판(first dielectric board)(11), 웨이브 가이드 부재(wave guide member)(13), 제2유전체기판(second dielectric board)(15), 주파수 변환 장치(frequency transforming device)(35), 및 반사판(reflector)(17)을 포함한다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 패치 안테나(10)는, 반사판(17), 제2유전체기판(15), 웨이브 가이드(13), 및 제1유전체기판(11)이 순서대로 적층되어 형성되는 것이 바람직하다.
제1유전체기판(11)은 유전체로 형성된다. 예를 들어, 제1유전체기판(11)은 방사 손실을 최소화 하기 위하여 필름(film) 형태의 폴리이미드(polyimide) 또는 PET 재질로 형성될 수 있다.
도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 제1유전체기판(11)의 표면(상면)에는 복수의 패치(patch)(19)를 포함하는 패치 어레이(patch array)가 형성된다. 예를 들어, 패치(19)는 구리(copper)로 형성될 수 있다.
패치(19)는 수신되는 전파의 반파장(0.5λg)으로 형성되는 것이 바람직하다.
도3에 나타난 바와 같이, 이웃하는 네 개의 패치(19a, 19b, 19c, 19d)가 하나의 단위가 된다.
패치(19)의 형태는 마름모 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 패치(19)가 마름모 형태로 형성됨으로써, 설계와 편파 형성이 용이하게 된다.
그리고, 도면에 도시된 바와 같이, 각 패치(19)의 서로 마주보는 꼭지점 근처의 일부를 식각을 통해 제거함으로써, 좌선회 원편파(left hand circular polarization)가 형성되도록 한다. 패치(19)의 형상에 의한 좌선회 원편파의 형성은 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로, 이에 대한 더욱 상세한 설명은 생략한다.
제1유전체기판(11)의 하부에는 웨이브 가이드 부재(13)가 배치된다. 웨이브 가이드 부재(13)는 방사되는 빔(beam)을 집중시킴으로써 이득을 향상시키고 빔 틸트(beam tilt)의 정확성을 높이게 된다.
도4에 도시된 바와 같이, 웨이브 가이드 부재(13)에는 패치(19)의 위치에 대응하는 위치에 복수개의 관통홀(through hole)(21)이 형성된다.
즉, 하나의 단위인 네 개의 패치(19a, 19b, 19c, 19d)에 각각 대응하는 위치에 하나의 단위인 네 개의 관통홀(21a, 21b, 21c, 21d)이 형성된다.
패치(19)와 제1유전체기판(11)을 통과한 신호(전파)가 관통홀(21)을 통과하게 됨으로써, 신호의 손실이 최소화될 수 있다.
웨이브 가이드 부재(13)는 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어, 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.
신호의 손실을 줄이는 웨이브 가이드 부재(13)가 구비됨으로써, 패치 안테나(10)의 이득(gain)이 증가하게 된다.
또한, 패치(19)가 형성된 제1유전체기판(11)이 금속 재질의 웨이브 가이드 부재(13)의 상면에 배치됨으로써, 패치(19)의 면이 평평하게 유지될 수 있게 되어 결과적으로 패치 안테나(10)의 성능이 개선된다.
도5에 도시된 바와 같이, 제2유전체기판(15)의 상면(23)에는 웨이브 가이드 부재(13)의 관통홀(21)의 위치에 대응하는 위치에 복수개의 슬롯(slot)(25)이 형성된다.
즉, 하나의 단위인 네 개의 관통홀(21a, 21b, 21c, 21d)의 위치에 각각 대응하는 위치에 하나의 단위인 네 개의 슬롯(25a, 25b, 25c, 25d)이 각각 형성된다.
슬롯(25)은 패치(19)와 공진되도록 형성되며, 원하는 주파수 범위에서 신호를 수신하도록 설계된다. 예를 들어, 슬롯(25)의 길이와 폭을 조절함으로써, 패치(19)와 공진되고 원하는 주파수 범위에서 신호를 수신하도록 형성될 수 있다.
그리고, 도6에 도시된 바와 같이, 제2유전체기판(15)의 하면(27)에는 급전선 패턴(feed line pattern)(29)이 형성된다.
급전선 패턴(29)은, 제2유전체기판(15)의 상면(23)에 형성된 슬롯(25)의 위치에 대응하는 위치에 급전선이 위치하도록 형성된다. 이때, 도6에 도시된 바와 같이, 이웃하는 4개의 패치(19)가 하나의 단위를 형성하도록 급전선 패턴(29)이 형성된다.
즉, 하나의 단위인 네 개의 슬롯(25a, 25b, 25c, 25d)의 위치에 각각 대응하는 위치에 급전선(29a, 29b, 29c, 29d)이 위치되도록 급전선 패턴(29)이 형성된다.
또한, 급전선 패턴(29)은, 이웃하는 4개의 패치(19)에 순차적으로 90도의 위상차가 형성되도록 형성된다. 세로 방향으로 16개의 소자가 각각 90도의 위상차를 갖는 어레이가 형성됨으로써 빔이 45도 방향으로 틸트(tilt)된다. 따라서, 패치 안테나(10)로 유입되는 빔(beam)(즉, 전파)이 45도 만큼 틸트(tilt)된다. 패치에 위상차를 두어 방사되는 빔을 소정의 각도로 틸트시키는 것은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명하므로 이에 대한 더욱 상세한 설명은 생략한다.
그리고, 도6에 도시된 바와 같이, 제2유전체기판(15)의 하면(27)에는 위성에서 수신되는 신호의 주파수(약, 11~12GHz)를 셋톱박스의 주파수(약, 950~2150MHz)로 낮추어주는 주파수 변환장치(35)인 LNB(low noise block down converter)(35)가 일체로 장착된다.
도6에 도시된 바와 같이, LNB(35)는 급전선 패턴(29)과 직접 연결된다. 따라서, 종래의 웨이브 가이드 형태의 전달 방식에 비해 신호 전달 시 발생하는 손실이 크게 감소된다.
그리고, 제2유전체기판(15)의 하면(27)에는 LNB(35)를 덮도록 LNB 커버(LNB cover)(37)(도2에 도시됨)가 부착된다.
LNB 커버(37)는 RF 신호가 외부로 세어 나가는 것을 방지하며, 주변 회로에 영향을 주는 것을 막는 역할을 한다. LNB 커버(37)는 알루미늄 재질로 형성되는 것이 바람직하며, LNB(35)의 각 소자가 수용되는 공간을 형성하는 복수개의 격벽을 포함하는 것이 바람직하다.
제2유전체기판(15)의 하부에는 반사판(17)이 배치된다. 반사판(17)은 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어, 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.
반사판(17)은 패치(19)로부터 인가되는 신호가 고르게 반사되도록 하는 역할을 한다.
반사판(17)의 상면에는 그 상부로 돌출되어 형성되는 복수의 지지대(supporter)(31)가 구비된다.
제1유전체기판(11), 웨이브 가이드 부재(13), 및 제2유전체기판(15)은 결합부재(33)(예를 들어, 볼트)를 통하여 지지대(31)에 결합된다.
이상에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경 및/또는 수정을 포함한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 4개의 패치가 하나의 단위로 형성되고 각각 패치에 위상차를 둠으로써, 빔(beam)이 틸트(tilt)된다.
패치가 마름모 형태로 형성됨으로써, 설계와 편파 형성이 용이하게 된다.
패치의 하부에 관통홀이 형성된 웨이브 가이드 부재가 배치됨으로써, 신호 전달 시 발생할 수 있는 신호의 손실이 최소화될 수 있다.
나아가, 주파수 변환 장치가 제2유전체기판에 일체로 장착되어 직접 급전선에 연결됨으로써, 신호 전달 시 발생할 수 있는 손실이 최소화될 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나의 사시도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나의 분해 사시도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나의 제1유전체기판을 보여주는 도면이다.
도4는 본 발명의 실시예에 의한 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나의 웨이브 가이드 부재를 보여주는 도면이다.
도5와 도6은 본 발명의 실시예에 의한 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나의 제2유전체기판의 상면과 하면을 각각 보여주는 도면이다.
도7은 본 발명의 실시예에 의한 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나의 반사판을 보여주는 도면이다.
도8은 본 발명의 실시예에 의한 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나의 원형 편파 형성을 위한 하나의 단위를 형성하는 4개의 패치의 위상차를 보여주는 도면이다.

Claims (7)

  1. 그 상면에 복수개의 패치가 형성되는 제1유전체기판;
    상기 제1유전체기판의 하부에 배치되며, 상기 패치의 위치에 대응하는 위치에 복수개의 관통홀이 형성되는 웨이브 가이드 부재;
    상기 웨이브 가이드 부재의 하부에 배치되며, 그 상면에는 상기 관통홀의 위치에 대응하는 위치에 복수개의 슬롯이 형성되고, 그 하면에는 상기 슬롯의 위치에 대응하는 위치에 급전선이 위치하도록 급전선 패턴이 형성되는 제2유전체기판;
    상기 급전선 패턴을 통해서 수신되는 전파의 주파수를 변환하는 주파수 변환 장치; 및
    상기 제2유전체기판으로부터 설정된 거리만큼 이격되어 상기 제2유전체기판의 하부에 배치되며, 상기 제1유전체기판, 상기 웨이브 가이드 부재, 및 상기 제2유전체기판을 지지하는 반사판
    을 포함하는 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나.
  2. 제1항에서,
    상기 급전선 패턴은, 상기 복수개의 패치 중 이웃하는 4개의 패치가 하나의 단위가 되도록 형성되며, 상기 이웃하는 4개의 패치에 순차적으로 90도의 위상차가 생기도록 형성되는 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나.
  3. 제1항에서,
    상기 각각의 패치는 마름모 형태로 형성되는 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나.
  4. 제3항에서,
    좌선회 원편파가 형성되도록 상기 패치의 마주보는 꼭지점의 근처의 일부는 제거되는 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나.
  5. 제1항에서,
    상기 주파수 변환 장치는 상기 제2유전체기판에 일체로 장착되는 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나.
  6. 제1항에서,
    상기 반사판은 금속 재질로 형성되는 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나.
  7. 제1항에서,
    상기 반사판의 상면에는 복수개의 지지대가 형성되고,
    상기 지지대를 통해서 상기 제1유전체기판, 상기 웨이브 가이드 부재, 및 상기 제2유전체기판이 지지되는 빔 틸트 마이크로스트립 패치 안테나.
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