KR20060036602A - 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 선형 다이폴 안테나의 구조를 유지하며 벌크해드를 이용하여 광대역 특성을 구현함으로써, 전자파 측정용 안테나에 요구되는 다양한 조건을 만족시키는 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나를 제공함.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 두개의 선형 안테나 소자가 함체부에 연결되고 함체부 끝에는 입출력 단자가 설치되며, 안테나 소자 사이에 반대 위상 급전하는 구조의 광대역 다이폴 안테나에 있어서, 안테나의 광대역 특성을 구현하기 위하여 상기 안테나 소자의 전방부에 상기 안테나 소자와 평행하게 설치된 판 형태의 벌크해드를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

전자파 측정용 안테나 시스템 등에 이용됨.

전자파 측정, 광대역 안테나, 다이폴 안테나, 벌크해드, UWB(Ultra Wide Band)

Description

전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나{Broadband Dipole Antenna for Measurement of Electromagnetic Fields}

도 1은 일반적인 전자파 측정용 다이폴 안테나의 일실시예 사시도,

도 2는 도 1 안테나의 S11 파라미터에 의한 대역폭 특성을 나타내는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나의 일실시예 사시도,

도 4는 도 3 안테나의 측단면도,

도 5는 도 3 안테나의 평단면도,

도 6은 본 발명에 따른 벌크해드의 네 가지 실시예의 정단면도,

도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나의 S11 파라미터에 의한 대역폭 특성을 나타내는 도면,

도 8은 본 발명에 따른 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나의 다른 실시예 측단면도,

도 9는 본 발명에 따른 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나의 또 다른 실시예 측단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1 안테나 소자 2 : 제2 안테나 소자

3 : 전방부 벌크해드 4 : 후방부 벌크해드

5 : 안테나 함체부 6 : 코넥터

7 : 감쇠기 9 : 동축케이블

11 : 0/180°하이브리드결합기 12 : 종단기

13 : 지지대 14 : 유전체

본 발명은 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 광대역 전자파 환경에 대한 측정에 활용하기 위한 광대역 다이폴 안테나에 관한 것이다.

종래에 사용되고 있는 광대역 안테나는 바이코니컬 안테나, 타원모노폴 안테나, 평판타입의 다이아몬드 안테나, 노치 안테나, PCB에 곧바로 설치할 수 있는 보타이 안테나, TEM혼 안테나, 코니컬 혼안테나, 전방향 동축혼안테나, 롬빅안테나, 대수주기 안테나, 나선형 안테나, 스파이럴 안테나 등이 있다.

상기 종래의 광대역 안테나는 굵은 소자를 활용하거나, 삼각형으로 퍼져가는 구조를 갖추거나, 전송선로 자체가 퍼져가는 구조를 갖거나, 크기가 다른 소자를 배열하거나, 소자를 둥글게 퍼져가는 구조를 지니고 있어 부피가 매우 크기 때문에 휴대하기 곤란하여 전자파 측정용 안테나에 적용하기 어렵운 문제점이 있다.

한편, 다중 광대역 전자파 환경에 대한 측정에 활용하기 위한 전자파 측정용 광대역 안테나는 다음과 같은 사항을 고려하여야 한다.

첫째, 전자파 측정용 안테나는 일정한 주변 환경에서 측정하는 것이 아니라 건물내부 혹은 선채, 비행기, 차량 등 내부와 같은 주변 환경에서 측정하는 안테나이기 때문에 주변 환경(특히 접지 조건)의 영향을 덜 받기 위해서는 모노폴 안테나보다는 다이폴 안테나가 바람직하다.

둘째, 대부분의 일반 통신 방식이 2차원의 전방향 통신에 의존하고 있기 때문에 지향성을 갖는 안테나보다는 2차원 전방향성 특성을 갖는 안테나가 바람직하다.

셋째, 사용대역에서 초광대역 무선통신용 전자파 측정도 가능하여야 하므로 일정한 안테나 전력 효율, 일정한 안테나 이득, 균일한 정재파비와 매우 밀접한 관련이 있는 -10dB의 S11 파라미터 특성에 의한 대역폭이 확보되어야 한다.

넷째, 정밀도를 확보하기 위해 제작이 용이해야 하고, 이동이 자유롭도록 바람, 습기 등 외부 환경에 의한 영향이 적어야 한다.

다섯째, 정확한 전자기적 해석을 통해 사전 복사되는 전자파 혹은 복사파에 의해 유기되는 전류/전압에 대한 해석이 가능하도록 구조가 단순하여야 한다.

하지만, 전술한 요구 조건을 모두 만족하는 종래의 안테나는 없으며, 개발이 매우 어렵다. 따라서, 정확한 전자파 환경을 측정하기 위해서는 최대한 상기와 같은 요구 조건을 만족시킬 수 있는 안테나의 개발이 요구된다.

또한, 상기 요구 조건은 전자파 측정용 안테나뿐만 아니라, 이동 방향 탐지 시스템 혹은 고정 방향 탐지 시스템 분야에서도 필수적으로 요구되는 안테나 조건이기도 하다.

본 발명은 상기 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 선형 다이폴 안테나의 구조를 유지하며 벌크해드를 이용하여 광대역 특성을 구현함으로써, 전자파 측정용 안테나에 요구되는 다양한 조건을 만족시키는 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 두개의 선형 안테나 소자가 함체부에 연결되고 함체부 끝에는 입출력 단자가 설치되며, 안테나 소자 사이에 반대 위상 급전하는 구조의 광대역 다이폴 안테나에 있어서, 안테나의 광대역 특성을 구현하기 위하여 상기 안테나 소자의 전방부에 상기 안테나 소자와 평행하게 설치된 판 형태의 벌크해드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 안테나의 광대역 특성을 구현하기 위하여 상기 안테나 소자의 후방부에 상기 안테나 소자와 평행하게 설치된 판 형태의 벌크해드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 협대역 전자파 측정용 다이폴 안테나의 일실시예 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 협대역 전자파 측정용 다이폴 안테나는 제1안테나 소자(1), 제2안테나 소자(2), 벌크해드(4), 안테나 함체부(5) 및 코넥터 (6)를 포함한다.

구리, 청동, 금, 은과 같은 도체로 구성된 제1안테나 소자(1)와 제2안테나 소자(2)는 안테나 함체부(5)의 끝단에 위치한 벌크해드(4)로부터 급전받아 동작한다.

안테나 함체부(5)와 벌크해드(4)는 상기 안테나 소자처럼 구리, 청동, 금, 은 등과 같은 도체로 구성된다. 여기서, 벌크해드(4)는 차폐역할을 수행하기 위해 사용되는 것으로서, 제1안테나와 제2안테나에서 유도되는 전자파가 안테나 함체에 결합되는 양을 줄이기 위해 사용된다.

안테나 함체부(5)의 내부에서는 감쇠기가 각 안테나 소자(1, 2)에 연결되어 있고, 상기 감쇠기는 하이브리드 결합기에 연결되고 한 단자(0 degree 결합기 단자)는 종단기에, 그리고 한단자(180 degree 결합기 단자)는 안테나 입출력 단자인 코넥터(6)에 연결된다. 여기서, 코넥터(6)는 동축케이블을 이용하여 외부의 송수신기와 연결할 때, 안테나의 최종 단자로서의 역할을 한다.

이러한 안테나는 국제적으로 가장 보편적으로 사용되는 전자파 측정용 안테나로서, 앞서 살펴본 전자파 측정용 안테나에 요구되는 특성 중 광대역 특성을 제외한 나머지 특성을 만족한다.

도 2는 도 1의 안테나의 S11 파라미터에 의한 대역폭 특성을 나타내는 도면으로서, 안테나 전체 길이는 40cm로 구현하였다.

도 2에 도시된 바와 같이, 도 1의 안테나는 S11 파라미터가 -10dB 이하를 유 지하는 “-10dB 대역폭”이 협대역 특성임을 볼 수가 있다.

또한, 공진주파수 400MHz를 중심으로 약 80MHz임을 나타나내고 있으므로, 중심주파수를 기준으로 하여 약 20%의 대역폭을 지니고 있음을 볼 수가 있다.

이러한 다이폴 안테나의 복사전력 패턴은 2차원 전방향성 특성을 유지하고 있다는 점은 잘 알려진 특성이며, 가느다란 안테나 소자로 인해 해석이 용이하고, 바람과 같은 외부환경에 의한 영향이 적기 때문에 전자파 환경을 측정하는 분야에 널리 사용되고 있다.

전자파 측정용 안테나로 활용하거나 다른 안테나를 교정하기 위해 사용하는 광대역의 안테나 역시 이러한 구조를 최대한 유지하여 광대역 특성을 얻어내어야 함은 앞서 지적하였다.

도 3은 본 발명에 따른 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나의 일실시예 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나는 후방부 벌크해드(4) 및 전방부 벌크해드(3)를 포함하여, 기존에 단순히 차폐 함체의 일부로 사용되는 벌크해드를 광대역 유발소자로 활용한다.

보다 상세히 설명하면, 본 실시예에 따른 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나는 후방부 벌크해드(4)의 크기를 1/8파장 이상의 크기(안테나 소자 전체 길이의 1/4 이상)를 유지하고, 안테나 소자(1, 2) 사이에 도체로 이루어진 지지대(13)를 설치하여 전방부 벌크해드(3)를 고정한다.

벌크해드의 양끝에 존재하는 애지가 안테나 소자의 일정 길이(약 1/8파장) 이상에 놓이게 되면, 벌크해드에 강한 전류가 발생되어 안테나 소자와 함께 제2의 복사영역(exciting area)으로 작용하여 자유 공간으로 복사 전자파를 형성시킨다.

이때 발생되는 주파수는 벌크해드의 길이와 관련이 있다. 즉, 벌크해드에서 제2의 공진이 발생하게 되어 사용 주파수 대역이 넓어지는 효과를 얻어 낼 수가 있는 것이다.

도 4는 도 3 안테나의 측단면도, 도 5는 도 3 안테나의 평단면도이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은, 안테나 함체부(5) 내부의 구조를 살펴보면, 제1안테나 소자(1) 및 제2안테나 소자(2) 각각은 동축케이블을 통해 감쇠기(6)를 거쳐 하이브리드 0/180°하이브리드결합기(11)로 연결된다.

또한, 하이브리드 결합기의 0도 단자는 종단기(12)에 연결되고 180도 단자는 외부 입출력 단자인 코넥터(6)에 연결되어, 안테나 소자간에 반대 위상으로 급전하게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 벌크해드의 네 가지 실시예의 정단면도이다.

본 발명에 따른 벌크해드의 구조는 도 6의 (가)에 도시된 바와 같이 직사각형 형태를 갖거나, 도 6의 (나)에 도시된 바와 같이 양끝이 둥근 형태를 갖추거나, 도 6의 (다)에 도시된 바와 같이 양끝이 뾰족한 형태를 이루거나, 도 6의 (라)에 도시된 바와 같이 전체가 타원판의 구조를 갖는 형태로 구현할 수 있다. 도 6의 ( 가) 내지 (라)에 도시된 바와 같이 벌크해드의 양끝에 유기되는 전류의 흐름 방향이 안테나 소자의 길이 방향으로 놓이므로 인해, 복사 전자기장의 축비를 개선할 수 있다.

도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나의 S11 파라미터에 의한 대역폭 특성을 나타내는 도면으로서, 도 3 및 도 6a의 구조를 갖는 안테나에서, 안테나 소자의 총길이가 약 35Cm 일 때의 10dB 대역폭을 나타내고 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나는 대역폭이 600MHz ~ 1300MHz로서 중심주파수를 기준으로 하여 73%의 광대역 대역폭을 얻을 수 있음을 볼 수가 있다.

또한, 전술한 바와 같이 벌크해드에 의한 제2공진이 형성되고 있음을 볼 수가 있다.

한편, 안테나 소자 길이에 의해 발생되는 제1공진의 S11특성이 약화되는 특성을 보이고 있으나, 스미스 챠트에 의한 임피던스 특성을 관찰하면 제1공진이 여전히 존재하고 있음을 확인할 수가 있다. 즉, 기존 안테나에 비해 매우 광대역 특성을 유지하고 있음을 볼 수가 있는 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나의 다른 실시예 측단면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나의 다른 실시예는 안테나 소자(1,2)의 흔들림을 예방하기 위하여 후방 벌크해드(4)와 전방 벌크해드(3) 사이에 플라스틱 또는 테프론과 같은 유전체(14)를 삽입하여 구현할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나의 또 다른 실시예 측단면도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나의 또 다른 실시예는 후방부 벌크해드(4)의 크기를 줄이고, 전방부 벌크해드(3)의 크기를 키워서 광대역화 소자로 활용한다.

도 9와 같이 전방부 벌크해드(3)를 크게 하면 안테나 함체부(5)로 인해 발생되는 전류에 의해 형성되는 복사전자기장의 왜곡 현상을 개선할 수 있다. 또한, 후방부 벌크해드를 생략하고 전방부 벌크해드만을 설치하는 것도 가능하다. 안테나 함체부와 반대 방향으로 벌크해드를 설치함으로써, 대칭성 구조를 확보해나가기 때문에 복사 전자기장의 보다 더 고른 전방향성 특성을 개선할 수가 있다.

또한, 도시된 바와 같이 안테나 소자와 0/180 하이브리드 결합기(11) 사이에 감쇠기를 설치하지 않고 0/180° 하이브리드 결합기(11)와 종단기(12) 사이에 감쇠기(7) 하나만을 설치할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, 가느다란 선형 다이폴의 구조적인 특징을 유지하면서, 광대역 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 접지에 의한 영향이 적고, 바람 등 외부 환경에 민감하지 않으며, 구조가 간단하여 특성 예측이 쉬우며, 2차원 전방향 특성을 동시에 갖추면서 광대역의 특성을 유지하므로 보다 복잡하고 다양한 전자파뿐만 아니라 초광대역 신호에 대한 전자파 측정용 안테나에 적합하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 UWB(Ultra Wide Band) 무선시스템처럼 임펄스 안테나로 복사되는 광대역 전자파를 비롯하여 위성통신, 방송주파수, 이동통신, 무전기 등 무선통신에서 사용되는 다중대역, 광대역의 주파수를 갖는 일반 전자파 환경에 대한 측정, 혹은 각종 무선 통신용 안테나 자체에 대한 성능 평가, 혹은 다른 안테나에 대한 교정을 위해 사용되는 전자파 측정용 광대역 다이폴 안테나에 적용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 방향탐지 시스템처럼 광대역 신호를 수신해야 하는 수신용 안테나로 활용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 두개의 선형 안테나 소자가 함체부에 연결되고 함체부 끝에는 입출력 단자가 설치되며, 안테나 소자 사이에 반대 위상 급전하는 구조의 광대역 다이폴 안테나에 있어서,

   안테나의 광대역 특성을 구현하기 위하여 상기 안테나 소자의 전방부에 상기 안테나 소자와 평행하게 설치된 판 형태의 벌크해드를 포함하는 광대역 다이폴 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   안테나의 광대역 특성을 구현하기 위하여 상기 안테나 소자의 후방부에 상기 안테나 소자와 평행하게 설치된 판 형태의 벌크해드를 더 포함하는 광대역 다이폴 안테나.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전방부의 벌크해드와 후방부의 벌크해드 사이에 유전체를 삽입하여 상기 전방부 벌크해드 및 후방부 벌크해드를 고정하는 것을 특징으로 하는 광대역 다이폴 안테나.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 유전체는,

   플라스틱 또는 테프론인 것을 특징으로 하는 광대역 다이폴 안테나.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 벌크해드는,

   직사각형 판 형태인 것을 특징으로 하는 광대역 다이폴 안테나
6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 벌크해드는,

   양끝 모서리가 둥근 형태의 판 구조인 것을 특징으로 하는 광대역 다이폴 안테나.
7. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 벌크해드는,

   타원형의 판 구조인 것을 특징으로 하는 광대역 다이폴 안테나.
8. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 벌크해드는,

   양끝이 뾰족한 형태의 판 구조인 것을 특징으로 하는 광대역 다이폴 안테나.
9. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 벌크해드의 길이는,

   상기 안테나 소자 전체 길이의 1/4 이상인 것을 특징으로 하는 광대역 다이폴 안테나.

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