KR20090021662A - 4중 편파 안테나 및 그를 위한 급전회로부 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인식 거리가 상대적으로 짧은 원형 편파와 양 편파가 이루는 사이각 방향의 인식 거리가 짧은 2중 편파 안테나에서의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 4중 편파를 생성하여 인식거리 증대 및 인식 범위 확대 효과를 얻을 수 있는 4중 편파 안테나 및 편파 구현 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명에 따른 4중 편파 안테나는, 4개의 급전점을 가지고, 전자기파를 방사하는 방사면, 및 상기 4개의 급전점으로 급전 신호를 공급하는 급전회로부를 포함하는 4중 편파 안테나에 있어서, 상기 급전회로부는 서로 다른 4 방향의 선형 편파를 생성한다.
선형 편파, 위상, 급전, 방사면, 급전회로부

Description

4중 편파 안테나 및 그를 위한 급전회로부 {Quadruple polarization antenna and feeding circuitry for the same}
본 발명은 인식 거리가 상대적으로 짧은 원형 편파와 양 편파가 이루는 사이각 방향의 인식 거리가 짧은 2중 편파 안테나에서의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 4중 편파를 생성하여 인식거리 증대 및 인식 범위 확대 효과를 얻을 수 있는 4중 편파 안테나 및 편파 구현 방법에 관한 것이다.
본 발명은 직접 급전형 패치 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이득이 높고 소형이며 축비 대역폭이 개선된 패치 안테나에 관한 것이다.
패치 안테나는 패치(Patch) 형태의 방사체를 이용하는 안테나로서, 소형이고, 경량이며, 배열, 집적 및 편파 조절이 용이하다.
이하에서 첨부된 도면 도 1과 도 2를 참조하여 종래의 패치 안테나를 설명한다.
도 1은 일반적인 패치 안테나의 사시도이고, 도 2는 원형 편파 구현을 위한 패치 안테나의 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 널리 사용되는 직선형 패치 안테나(20)는, 접지판(21)에 개구면을 형성한 형태로서 급전선로(22)를 슬롯(23)의 중앙에 위치시킴과 동시에 상기 슬롯(23)으로부터 약 λ/4의 길이만큼 더 돌출되도록 함으로써 선형 편파만을 발생시키는 특징을 가진다. 이러한 직선형 패치 안테나(20)는 단일 슬롯 안테나로서 공진 주파수를 맞추려면 안테나의 크기가 커지는 문제점이 있다.
또한, 종래 선형 편파 안테나의 경우 태그와 편파가 동일한 경우 최대의 인식 거리를 갖지만 그렇지 못한 경우 인식거리가 줄어들고 안테나의 편파와 태그의 편파방향이 어긋날수록 급격히 그 인식 거리는 줄어드는 문제점이 있었다. 이는 수직/수평 2중 편파 안테나의 경우도 동일하여 양 편파가 이루는 각도의 사잇각 방향으로는 인식이 쉽지 않은 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 도 2와 같은 두개의 슬롯(31, 32)을 가지는 원형 편파 패치 안테나(30)가 제안되었다. 상기 원형 편파 패치 안테나(30)의 일측에 λ/4의 지연선로(33)를 가지는 급전선로(34)가 형성되어 원형 편파를 구현한다. 이와 같은 원형 편파 패치 안테나(30)는 투과 특성이 우수하고 다중 반사 간섭이 적어 방송/통신용으로 적합하다. 그러나, 이중 급전을 위한 원형 편파 패치 안테나(30)는 이중 지연 선로(33)와 두 개의 개구면 즉, 슬롯(31, 32)을 설계해야 하므로 구조가 복잡하여 마이크로파 회로 실장시 전체 회로의 소형화를 도모하지 못하고 생산성 저하에 따른 제조 원가의 상승을 초래하는 문제점이 있다.
또한, 원형 편파의 경우 편파에 무관한 반면 전체적인 인식거리가 짧은 문제점이 있었다.
이러한 문제점은 하기 도 3을 참조하여 보다 상세히 기술한다.
도 3은 각 편파 별 인식 거리를 나타낸 도면이다.
일반적으로 안테나의 성능 혹은 특징을 나타내는 파라미터로는 방사패턴(방향성을 포함하는 의미), 지향성(최대방사 쪽으로 발생하는 전력밀도와 평균전력밀도의 비), 이득(안테나의 저항성 손실만큼 감소된 지향성), 편파(송신시 전장벡터의 궤적에 따라 생기는 모양), 임피던스(안테나 단자에서 입력 임피던스), 대역폭(주용 성능 파라미터 값들을 사용할 수 있게 하는 주파수 범위) 등이 사용된다.
이 중 안테나 편파란 "전계 벡터, 특히 공간의 고정된 위치에서 벡터의 끝단이 시간함수로 표시된 모습 및 전파의 진행방향을 따라 관측된 상태의 방향과 상대적 크기의 시간변화를 나타내는 전자파의 성질" 이라고 정의된다. 즉, 크기가 유한한 안테나에서 방사되는 동일 위상면, 전파가 Z축 방향으로 진행되어갈 때, X축과 Y축에서 시간에 따라 그리는 궤적으로 이루어진 곡선의 형태를 의미한다.
상기 편파는 크게 선형 편파(수직 혹은 수평), 원형 편파(오른쪽 혹은 왼쪽)로 나누어진다. 일반적으로 이러한 안테나 편파 특성은 통신 혹은 센서 시스템에서의 성능을 좌우한다.
도 3을 참조하면, 상기 원형 편파의 인식 거리가 가장 짧으며, 2중 편파의 경우 수직 및 수평 방향으로 인식거리가 증가하기는 하나, 상기 수직 및 수평 방향의 편파가 이루는 각도의 사이각 방향으로는 인식거리가 원형 편파와 크게 차이가 없음을 확인할 수 있다. 반면, 4중 편파의 경우 상기 2중 편파가 커버하지 못하는 영역까지 인식거리를 확대하여, 범 방위적인 인식거리를 확장 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 종래 원형 편파 또는 2중 편파 안테나가 가지고 있는 좁은 인식거리의 문제점을 해결하기 위한 폭넓은 인식거리를 제공할 수 있는 4중 편파 안테나의 개발이 요구된다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 인식 거리가 상대적으로 짧은 원형 편파와 양 편파가 이루는 사이각 방향의 인식 거리가 짧은 2중 선형 편파 안테나에서의 문제점을 해결하기 위하여 4중 선형 편파를 생성하여 인식거리 증대 효과를 얻을 수 있는 4중 편파 안테나 및 편파 구현 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 4중 편파 안테나는, 4개의 급전점을 가지고, 전자기파를 방사하는 방사면, 및 상기 4개의 급전부로 급전 신호를 공급하는 급전회로부를 포함하고, 상기 급전회로부는 서로 다른 4 방향의 선형 편파를 생성한다.
여기서, 상기 방사면은 상기 급전회로부를 통하여 직접 급전되거나 커플링 급전될 수 있다.
또한, 상기 급전점은 상기 급전회로부의 중심부로부터 서로 직각인 방향으로 방사상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 방사면과 상기 급전회로부 사이에 유전체를 삽입하여 전기적 길이를 단축할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 4중 편파 안테나를 포함하는 무선통신장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 4중 편파 안테나의 급전회로부는, 입력 포트와 연결되어 하나의 입력 신호를 4 개의 전송선로 중 어느 하나로 스위칭하여 출력하는 SP4T 스위치, 상기 SP4T 스위치로부터 출력되는 4 개의 전송선로 중 2 개와 연결되며, 상기 2 개의 전송선로 중 어느 하나의 전송선로로부터의 입력되는 신호를 소정 위상 차이를 가지는 두 개의 신호로 출력하는 커플러 및 상기 커플러로부터 출력되고, 상기 커플러에 의한 위상차와 반대의 위상차를 갖는 2 개의 전송선로를 포함한다.
여기서, 상기 커플러로 연결되지 않은 상기 SP4T 스위치로부터의 출력 중 하나 및 상기 커플러로부터의 출력 중 하나와 접속된 두 개의 입력단자 중 어느 하나를 스위칭하여 출력단자로 연결하는 한쌍의 SPDT 스위치를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 한쌍의 SPDT 스위치는 단일 또는 합성 편파 선택에 따라 작동이 제어될 수 있다.
또한, 상기 급전회로부는 윌킨슨 디바이더를 사용하여 급전될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 4중 편파 안테나 및 편파 구현 방법을 이용하여, 4중 편파를 생성함으로써 인식거리를 증대시키고, 인식 범위를 확대할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 4중 편파 안테나의 가장 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 4개의 급전점을 가지는 방사면(100), 상기 4개의 급전점을 제어하는 급전회로부(200), 상기 방사면(100)에 형성되는 4개의 급전점과 상기 급전회로부(200)의 일면을 전기적으로 연결하는 급전부(300), 상기 급전회로부(200)의 타면에 인접하여 형성되는 접지면(400)을 포함한다.
상기 방사면(100)은 도전 재질의 판으로 형성되어 상기 급전부(300)를 통하여 직접 급전될 수 있으며, 이 경우 커플링에 의하여 급전을 수행하는 경우 필요한 급전회로부와 방사면 사이의 이격거리가 요구되지 않아 전체적으로 안테나가 소형화될 수 있다. 상기 방사면(100)은 원형을 비롯하여 삼각형, 사각형 혹은 다각형 등 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 각 구조에 따라 급전점의 위치만 조절하면 편파 생성시 요구되는 정합을 만족시킬 수 있다.
한편, 도 4를 통하여 상기 방사면(100)과 급전회로부(200)는 급전부(300)를 통하여 직접 급전되는 구조를 예시하고 있으나, 비단 이에 한정되지 않으며, 상기 방사면(100)을 유전체 기판으로 사용하여, 급전회로부(200)와의 커플링을 이용한 커플링 급전 방식을 이용할 수도 있다.
또한, 상기 방사면(100)과 상기 급전회로부(200) 사이에 유전체를 삽입하여 전기적 길이를 단축하여 상기 급전부(300)의 높이를 줄일 수 있다. 상기 급전부(300)는 원기둥, 사각 기둥, 육각 기능 등 기둥 형태로 형성되어 상기 방사 면(100)으로의 급전 기능 외에 상기 방사면(100)을 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한 상기 급전부(300)는 동축 케이블 등의 도선을 사용하여 형성될 수 있다.
한편, 상기 방사면(100)과 급전회로부(200)를 인쇄회로기판을 이용하여 마이크로 스트립 패치 안테나의 형태로 구현하는 것도 가능하며, 이에 대해서는 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
한편, 상기 본 발명의 4중 편파 안테나는 RFID 관련 분야에 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 급전회로부를 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 급전회로부(200)는 외부의 무선 신호를 수신하는 부분으로 기판(210), 상기 기판(210)의 일면에 마이크로 스트립 패턴이 형성된 패턴부(220)를 포함한다. 상기 패턴부(220)에는 축비대역폭을 증가시키기 위하여 윌킨슨 디바이더를 사용한 4개의 급전점(A, B, C, D)이 형성된다. 상기 급전점(A, B, C, D)은 상기 패턴부(220)의 중심부로부터 서로 직각인 방향으로 방사상으로 형성된다. 상기 급전점(A, B, C, D)은 상기 패턴부(220)의 중심부로부터 동일한 거리에 형성되는 것이 바람직하나, 이에 특별히 한정되지는 않으며, 상기 기판(210)과 패턴부(220)는 하나의 모듈로 형성될 수 있다.
상기 급전회로부(200)의 구성을 보다 상세히 살펴보면, 상기 급전회로부 (200) 상에는 전력 분배 회로가 형성된다. 바람직하게는 급전회로부(200)는 인쇄회로기판으로 형성되어, 전력 분배 회로의 형성을 보다 용이하게 할 수 있다. 전력 분배 회로는 소정 길이와 폭을 갖는 수개의 전송 선로로 구현되는데, 도시된 예를 참조하여 설명하면, 먼저 신호가 입력되는 입력 포트와 SP4T(Singler-Pole 4-Throw) 스위치(221)가 연결된다. 상기 SP4T 스위치(221)는 하나의 입력 신호를 4 개의 전송선로 중 어느 하나로 스위칭하여 출력하는 역할을 수행한다. 본 실시예의 경우 입력 포트로부터 입력된 신호를 223a, 223b, 223c, 223d 4개의 전송선로 중 어느 하나로 스위칭하여 출력한다. 상기 SP4T 스위치(221)의 스위칭에 의하여 상기 방사면(100)을 통하여 방사되는 신호의 편파가 결정된다. 이는 도 6 내지 도 9를 참조하여 후술한다.
일단이 상기 SP4T 스위치(221)와 연결된 223b, 223c 전송선로의 타단은 커플러(222)와 연결된다. 상기 커플러(222)는 하나의 입력을 두개로 출력하는 동시에 두 출력의 위상차를 소정 위상차, 예를 들어 90도로 조정한다. 예를 들어 상기 223b 전송선로를 통하여 입력된 신호는 상기 커플러(222)를 거쳐, 223e와, 223f 전송선로로 출력되는데, 223e 전송선로로 출력되는 신호가 223f 전송선로를 통하여 출력되는 신호에 비하여 90도 위상이 앞서게 된다. 역으로, 223c 전송선로를 통하여 입력되는 신호는 223f 전송선로로 출력되는 신호가 223e 전송선로를 통하여 출력되는 신호에 비하여 위상이 90도 앞서게 된다.
한편, 상기 223f 전송선로는 223e 전송선로에 비하여 상기 커플러에 의한 위상차와 반대의 위상차를 주는 길이, 예를 들어 본 실시형태에서는 1/4 파장(즉, λ/4)만큼의 연장된 길이를 가진다. 따라서, 동일 위상의 신호가 상기 223e와, 223f 전송선로로 입력되는 경우 223e 전송선로를 통과하는 신호가 223f 전송선로를 통과 하는 신호에 비하여 위상이 90도 앞서게 된다.
한편, 상기 223a와, 223e 전송선로는 제 1 SPDT(Single-Pole Double-Throw) 스위치(224a)와 연결되며, 상기 223f와, 223d 전송선로는 제 2 SPDT 스위치(224b)와 연결된다. 상기 제 1 및 제 2 SPDT 스위치(224a, 224b)는 두 개의 입력단자 중 어느 하나를 스위칭하여 출력단자로 연결한다. 상기 4중 편파 안테나는 상기 제 1 및 제 2 SPDT 스위치(224a, 224b)의 동작을 제어하여 단일 또는 합성 선형 편파를 생성한다.
한편, 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)의 출력단자는 225a 전송선로와 연결되고, 상기 225a 전송선로는 제 1 윌킨스(Wikinson) 분배기(226a)를 거쳐 225b 및 225c 전송선로와 연결된다. 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)는 전력을 1/2로 분배하여 상기 225b 및 225c 전송선로로 전송한다. 상기 225b 및 255c 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖도록 형성된다.
마찬가지로 상기 제 2 SPDT 스위치(224b)의 출력단자는 225d 전송선로와 연결되고, 상기 225d 전송선로는 제 2 윌킨스 분배기(226b)를 거쳐 225e 및 225f 전송선로와 연결된다. 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)는 전력을 1/2로 분배하여 225e 및 225f 전송선로로 전송한다. 상기 225e 및 255f 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖도록 형성된다.
여기서, 상기 윌킨슨 분배기는 예시에 불과하며, 당업자는 여하한 전력 분배 회로를 사용할 수 있음은 물론이다. 또한, 위상 지연을 달성하기 위하여서 전송 선로의 길이를 조정하는 외에 위상 천이기를 이용할 수도 있으며, 따라서 위상 지연 을 위한 전송 선로를 위상 천이기로 대체하더라도 본 발명의 범위에 속한다.
이하, 도 6 내지 도 10을 참조하여 4중 편파 안테나의 편파 선택 및 동작 과정을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 수평 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 입력 포트를 통하여 신호가 입력될 때, 입력신호는 상기 SP4T 스위치(221)를 통하여 223a 전송선로로 스위칭된다. 상기 223a 전송선로를 통하여 전송된 신호는 제 1 SPDT 스위치(224a)로 전송된다. 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)를 통과한 신호는 225a 전송선로를 거쳐 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)로 전송된다. 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)는 입력되는 신호의 전력을 1/2로 분배한 후, 225b와 225c 전송선로로 나누어 전송한다. 상기 225b와 255c 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖기 때문에 상기 225b 전송선로가 연결된 A 급전점과, 225c 전송선로가 연결된 B 급전점을 통하여 출력되는 신호는 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 때문에 상기 방사면(100)에서는 A 급전점으로부터 B 급전점 방향으로 수평 선형 편파가 발생되게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 수직 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 입력 포트를 통하여 신호가 입력될 때, 입력신호는 상기 SP4T 스위치(221)를 통하여 223d 전송선로로 스위칭된다. 상기 223d 전송선로를 통하여 전송된 신호는 제 2 SPDT 스위치(224b)로 전송된다. 상기 제 2 SPDT 스위치(224b)를 통과한 신호는 225d 전송선로를 거쳐 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)로 전송된다. 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)는 입력되는 신호의 전력을 1/2로 분배한 후, 225e와 225f 전송선로로 나누어 전송한다. 상기 225e와 255f 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖기 때문에 상기 225e 전송선로가 연결된 C 급전점과, 225f 전송선로가 연결된 D 급전점을 통하여 출력되는 신호는 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 때문에 상기 방사면(100)에서는 C 급전점으로부터 D 급전점 방향으로 수직 선형 편파가 발생되게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 ↗(+45도) 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 입력 포트를 통하여 신호가 입력될 때, 입력신호는 상기 SP4T 스위치(221)를 통하여 223c 전송선로로 스위칭된다. 상기 223c 전송선로를 거친 신호는 상기 223c 전송선로와 연결된 상기 커플러(222)로 전달된다. 상기 입력 신호는 상기 커플러(222)를 거쳐, 223e와, 223f 전송선로로 출력되는데, 223f 전송선로로 출력되는 신호는 223e 전송선로를 통하여 출력되는 신호에 비하여 90도 위상이 앞서게 된다. 상기 223e 전송선로를 통하여 출력되는 신호는 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)를 거쳐 225a 전송선로를 통하여 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)에 전달된다. 반면, 상기 223f 전송선로를 통하여 출력되는 신호는 상기 제 2 SPDT 스위 치(224b)를 거쳐 225d 전송선로를 통하여 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)에 전달된다. 상기 223f 전송선로는 상기 223e 전송선로에 비하여 1/4 파장만큼 길이가 길기 때문에 통과 과정에서 입력신호의 위상이 90도 뒤쳐지게 된다. 종합적으로 살펴보면, 상기 커플러(222)로부터 223e 전송선로로 출력되는 신호에 비하여 90도 위상이 앞선 223f 전송선로로 출력되는 신호는 상기 223f 전송선로 통과과정에서 90도 위상이 뒤처짐으로써 결국 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)와, 제 2 SPDT 스위치(224b)를 통과한 직후의 신호는 동일 위상을 이룬다.
한편, 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)는 입력되는 신호의 전력을 1/2로 분배한 후, 225b와 225c 전송선로로 나누어 전송한다. 상기 225b와 255c 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖기 때문에 상기 225b 전송선로가 연결된 A 급전점과, 225c 전송선로가 연결된 B 급전점을 통하여 출력되는 신호는 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 때문에 상기 방사면(100)에서는 A 급전점으로부터 B 급전점 방향으로 선형 편파가 발생된다.
마찬가지로 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)는 입력되는 신호의 전력을 1/2로 분배한 후, 225e와 225f 전송선로로 나누어 전송한다. 상기 225e와 255f 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖기 때문에 상기 225e 전송선로가 연결된 C 급전점과, 225f 전송선로가 연결된 D 급전점을 통하여 출력되는 신호는 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 때문에 상기 방사면(100)에서는 C 급전점으로부터 D 급전점 방향으로 선형 편파가 발생된다.
A 급전점으로부터 B 급전점 방향으로 발생하는 선형 편파와 C 급전점으로부 터 D 급전점 방향으로 발생하는 선형 편파를 합성하면, 도 8에 도시된 바와 같이 ↗ 방향의 선형 편파를 얻을 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 ↘(-45도) 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 입력 포트를 통하여 신호가 입력될 때, 입력신호는 상기 SP4T 스위치(221)를 통하여 223b 전송선로로 스위칭된다. 상기 223b 전송선로를 거친 신호는 상기 223b 전송선로와 연결된 상기 커플러(222)로 전달된다. 상기 입력 신호는 상기 커플러(222)를 거쳐, 223e와, 223f 전송선로로 출력되는데, 223e 전송선로로 출력되는 신호는 223f 전송선로를 통하여 출력되는 신호에 비하여 90도 위상이 앞서게 된다. 상기 223e 전송선로를 통하여 출력되는 신호는 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)를 거쳐 225a 전송선로를 통하여 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)에 전달된다. 반면, 상기 223f 전송선로를 통하여 출력되는 신호는 상기 제 2 SPDT 스위치(224b)를 거쳐 225d 전송선로를 통하여 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)에 전달된다. 상기 223f 전송선로는 상기 223e 전송선로에 비하여 1/4 파장만큼 길이가 길기 때문에 통과 과정에서 입력신호의 위상이 90도 뒤쳐지게 된다. 종합적으로 살펴보면, 상기 커플러(222)로부터 223e 전송선로로 출력되는 신호에 비하여 90도 위상이 뒤진 223f 전송선로로 출력되는 신호는 상기 223f 전송선로 통과과정에서 한번 더 90도 위상이 뒤처짐으로써 결국 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)를 통과한 직후에는 상기 제 2 SPDT 스위치(224b)를 통과한 신호에 비하여 180도 위상이 뒤지게 된다.
한편, 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)는 입력되는 신호의 전력을 1/2로 분배한 후, 225b와 225c 전송선로로 나누어 전송한다. 상기 225b와 255c 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖기 때문에 상기 225b 전송선로가 연결된 A 급전점과, 225c 전송선로가 연결된 B 급전점을 통하여 출력되는 신호는 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 때문에 상기 방사면(100)에서는 A 급전점으로부터 B 급전점 방향으로 선형 편파가 발생된다.
마찬가지로, 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)는 입력되는 신호의 전력을 1/2로 분배한 후, 225e와 225f 전송선로로 나누어 전송한다. 상기 225e와 255f 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖기 때문에 상기 225e 전송선로가 연결된 C 급전점과, 225f 전송선로가 연결된 D 급전점을 통하여 출력되는 신호는 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 그러나, 상기 제 2 SPDT 스위치(224b)를 통과하는 과정에서 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)를 통과한 신호에 비하여 위상이 180도 뒤지면서 역 위상이 발생하기 때문에 상기 방사면(100)에서는 D 급전점으로부터 C 급전점 방향으로 선형 편파가 발생된다.
A 급전점으로부터 B 급전점 방향으로 발생하는 선형 편파와 D 급전점으로부터 C 급전점 방향으로 발생하는 선형 편파를 합성하면, 도 8에 도시된 바와 같이 ↘ 방향의 선형 편파를 얻을 수 있다.
도 10은 본 발명의 4중 편파 안테나를 통하여 구현 가능한 편파 방향을 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 도면부호 300은 도 6을 통하여 설명한 수평 방향의 선형 편파 방향을 나타낸 것이고, 도면부호 310은 도 7을 통하여 설명한 수직 방향의 선형 편파 방향을 나타낸 것이다. 또한, 도면부호 320은 도 8을 통하여 설명한 ↗ 방향의 선형 편파 방향을 나타낸 것이고, 도면부호 330은 도 9를 통하여 설명한 ↘ 방향의 선형 편파 방향을 나타낸 것이다.
본 발명의 4중 편파 안테나는 상기 SP4T 스위치(221)와 제 1 및 제 2 SPDT 스위치(224a, 224b)를 제어하여 급전 신호의 이동 경로를 스위칭함으로써, 서로 다른 4 방향의 선형 편파를 생성할 수 있다. 상기 4 방향의 선형 편파를 이용하여 원형 편파와 유사하게 범 방위적인 디텍팅이 가능해 지고, 선형 편파 특유의 넓은 인식거리를 유지할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명에 의한 4중 편파 안테나 및 편파 구현 방법에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 본 발명의 권리범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 일반적인 패치 안테나의 사시도이다.
도 2는 원형 편파 구현을 위한 패치 안테나의 사시도이다.
도 3은 각 편파 별 인식 거리를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 급전회로부를 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 수평 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 수직 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 ↗ 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 ↘ 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 4중 편파 안테나를 통하여 구현 가능한 편파 방향을 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 방사면 200 : 급전회로부
210 : 기판 220 : 패턴부
221 : SP4T 스위치 222 : 커플러
223, 225 : 전송선로 224 : SPDT 스위치
226 : 윌킨스 분배기 300 : 급전부
400 : 접지면

Claims (9)

  1. 4개의 급전점을 가지고, 전자기파를 방사하는 방사면; 및
    상기 4개의 급전점으로 급전 신호를 공급하는 급전회로부를 포함하는 4중 편파 안테나에 있어서,
    상기 급전회로부는 서로 다른 4 방향의 선형 편파를 생성하는 4중 편파 안테나.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 방사면은 상기 급전회로부를 통하여 직접 급전되거나 커플링 급전되는 4중 편파 안테나.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 급전점은 상기 급전회로부의 중심부로부터 서로 직각인 방향으로 방사상으로 형성되는 4중 편파 안테나.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 방사면과 상기 급전회로부 사이에 유전체가 삽입된, 4중 편파 안테나.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 4중 편파 안테나를 포함하는 무선통신장치.
  6. 입력 포트와 연결되어 하나의 입력 신호를 4 개의 전송선로 중 어느 하나로 스위칭하여 출력하는 SP4T 스위치;
    상기 SP4T 스위치로부터 출력되는 4 개의 전송선로 중 2 개와 연결되며, 상기 2 개의 전송선로 중 어느 하나의 전송선로로부터 입력되는 신호를 소정 위상 차이를 가지는 두 개의 신호로 출력하는 커플러; 및
    상기 커플러로부터 출력되고, 상기 커플러에 의한 위상차와 반대의 위상차를 갖는 2 개의 전송선로를 포함하는 4중 편파 안테나의 급전회로부.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 커플러로 연결되지 않은 상기 SP4T 스위치로부터의 출력 중 하나 및 상기 커플러로부터의 출력 중 하나와 접속된 두 개의 입력단자 중 어느 하나를 스위칭하여 출력단자로 연결하는 한 쌍의 SPDT 스위치를 더 포함하는 4중 편파 안테나 의 급전회로부.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 한 쌍의 SPDT 스위치는 단일 또는 합성 편파 선택에 따라 작동이 제어되는 4중 편파 안테나의 급전회로부.
  9. 제 6항에 있어서,
    한 쌍의 윌킨슨 디바이더를 사용하여 급전하는 4중 편파 안테나의 급전회로부.
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