KR20100030644A - 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조 - Google Patents

무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조 Download PDF

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KR20100030644A
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려는 과제
자동차와 같은 이동체에 탑재되어 이동 위성통신을 위한 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조에 관한 것으로, 안테나 구조가 간단하며, 안테나 성능 및 효율이 우수한 저가의 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나를 제공함.
3. 발명의 해결방법의 요지
동축케이블을 이용한 교차 다이폴 안테나 소자를 구현하고, 상기 동축케이블의 길이에 의한 임피던스 정합을 통하여 급전회로를 단순화하며, 상기 교차 다이폴 안테나 소자는 일정 길이의 상기 동축케이블의 외부도체 및 내부 유전체를 제거하여 순수한 내부도체만을 이용하여 구현(내부 유전체는 제거되지 않을 수도 있음)하고, 두 개의 직교 원형 편파 구현을 위하여 90o 하이브리드 결합기 소자를 포함하는 안테나를 제공함.

Description

무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조{Orthogonal Cross Dipole Antenna Structure with A Non-Directional Beam Pattern}
본 발명은 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조에 관한 것으로 , 지향성 또는 무지향성 빔 패턴을 갖는 안테나 구조 기술에 속하며, 더욱 상세하게는, 일정 길이의 동축케이블 내부도체만을 이용한 교차 다이폴 안테나 소자를 구현하고, 동축케이블 길이에 의한 임피던스 정합을 통하여 급전회로의 단순화 및 두 개의 직교 원형 편파 구현을 위한 90o 하이브리드 결합기 소자를 포함하는 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조에 관한 것이다.
자동차와 같은 이동체에 탑재되어 이동 위성통신을 하기 위한 안테나의 구조는 크게 지향성 고이득 안테나 구조와 무지향성 저이득 안테나 구조로 분류할 수 있다. 지향성 고이득 안테나의 경우 안테나를 탑재한 이동체의 움직임에 따라 안테나가 목표위성을 추적하기 위하여 이동체의 회전속도와 이동방향에 반비례하는 각속도를 유지하며 추적하여야 하므로 추적장치 및 추적 알고리즘이 요구된다. 위성추적이 가능한 지향성 고이득 안테나는 상대적으로 가격이 고가이나 고속 또는 고품질 위성통신이 가능한 반면, 저속 데이터 통신이 가능한 무지향성 저이득 안테나를 탑재한 이동체의 경우에는 이동체가 움직이더라도 안테나가 목표 위성을 추적할 필요가 없으므로 상대적으로 안테나 크기가 작으며, 가격이 저렴하다.
본 발명과 유사한 무지향성 빔 패턴을 갖는 종래의 안테나 기술로는 교차 다이폴 안테나 구조 구현을 위하여 고가의 유전체 기판을 사용하였으며, 이때, 두 개의 다이폴 소자 안테나 구현을 위하여 다이폴 소자가 인쇄된 두 개의 유전체 기판을 직각으로 교차하여 사용하였으며, 급전회로는 유전체 기판을 이용하여 발룬 회로 및 90o 하이브리드 결합기가 사용되었다.
따라서, 본 발명은 종래기술의 고가의 유전체 기판을 사용하지 않고 저가 및 제작이 용이한 동축케이블을 사용하며, 동축케이블의 일정 길이의 내부 도체만을 이용한 교차 다이폴 안테나 소자를 구현하여, 이동체에 탑재되어 이동 위성통신을 하기 위한, 구조가 간단하고, 제작이 용이하며, 안테나 성능 및 효율이 우수한 저가의 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조에 있어서, 동축케이블로 구현되는 다이폴 안테나 소자 제 1 방사 길이(L1)와 다이폴 안테나 소자 제 2 방사 길이(L2)는 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각(
Figure pat00001
1) 및 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각(
Figure pat00002
2)을 포함하는 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조에 있어서, 무지향성 빔 패턴 성형 및 앙각 방향의 안테나 빔폭을 결정하는 상기 다이폴 안테나 소자 제 1 방사 길이(L1), 다이폴 안테나 소자 제 2 방사 길이(L2)와 상기 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각(
Figure pat00003
1), 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각(
Figure pat00004
2)을 포함하는 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조에 있어서, 제 1 동축케이블(410)에서 나온 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 동축케이블(410a)에서 나온 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)를 포함하며, 상기 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 서로 180o 각도를 유지하며 교차하여 설치하는 것을 포함하는 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 제 1 동축케이블(410)과 제 3 동축케이블(410a)은 두 개의 직교 원형 편파 구현을 위하여 유전체 기판으로 구현되는 90o 하이브리드 결합기 소자를 이용한 급전회로(800)와 연결되는 것을 포함하는 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조를 제공한다.
본 발명은 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조를 제공함으로써, 안테나 구조가 간단하고, 제작이 용이하며, 안테나 성능 및 효율이 우수하여 저가로 구현이 가능하므로 위성(목표물) 추적이 필요 없는 이동 위성통신에 유용하게 활용할 수 있는 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조를 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조를 나타내는 외형도.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조를 나타내는 레이돔을 제거한 구성도.
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 빔 패턴을 결정하는 모노폴 안테나 방사기 및 하부 기구물을 나타내는 구성도.
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 모노폴 안테나 방사기가 외부 도체에 접지된 것을 나타내는 구성도.
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 모노폴 안테나 방사기가 외부 도체에 접지되지 않은 것을 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각 및 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각이 각각 90o인 모노폴 안테나 방사기를 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 모노폴 안테나 방사기의 평면설치각도를 나타내는 배치도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 다이폴 안테나 소자의 입력전력을 공급하기 위한 급전회로가 포함된 것을 나타내는 구성도.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 90o 하이브리드 결합기 소자의 내부 구성을 나타내는 블록도.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련하여 다음의 상세한 설명을 통하여 더욱 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 일 실시 예를 나타내는 외형도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안테나는 외형적으로 레이돔(300)과 하부 기구물(100) 및 하부 기구물 덮게(101)로 구성된다. 여기서 상기 레이돔(300)은 눈, 비, 바람 등의 기상현상 및 물리적인 충격 등 외부 환경으로부터 안테나를 비롯한 회로를 보호하며, 전자파를 투과시켜 위성통신 신호에 대하여 전파의 투명성을 유지시켜주는 역할을 하고, 상기 하부 기구물(100) 및 하부 기구물 덮게(101)를 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 일 실시 예를 나타내는 상기 레이돔(300)을 제거한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하부 기구물(100) 상단에 직교 교차 다이폴 안테나 소자(200)가 설치되고, 상기 하부 기구물(100)은 상기 직교 교차 다이폴 안테나 소자(200)를 지지하며, 안테나 방사 패턴에 영향을 미치는 중요한 역할을 수행하고, 또한 내부에 안테나 급전회로(800)를 포함한다.
도 3은 본 발명에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 일 실시 예를 나타내는 빔 패턴을 결정하는 모노폴 안테나 방사기 및 하부 기구물을 나타내는 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안테나는 다이폴 안테나 소자 제 1 방사 길이(L1), 다이폴 안테나 소자 제 2 방사 길이(L2), 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각(
Figure pat00005
1), 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각(
Figure pat00006
2), 외부 도체를 갖는 다이폴 안테나 소자 수직 높이(H1)를 포함한다.
한편, 상기 직교 교차 다이폴 안테나 소자(200) 및 하부 기구물(100)은 도 3에 도시된 바와 같이 다양한 설계 변수들을 갖는다.
상기 다이폴 안테나 소자 제 1 방사 길이(L1), 다이폴 안테나 소자 제 2 방사 길이(L2)는 동작 주파수에 따라 최적으로 변경/선택되며, 상기 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각(
Figure pat00007
1), 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각(
Figure pat00008
2), 외부 도체를 갖는 다이폴 안테나 소자 수직 높이(H1), 하부 기구물(100)은 무지향성 빔 패턴을 성형 또는 앙각 방향의 안테나 빔 폭을 조정하는 역할을 한다. 특히, 외부 도체를 갖는 상기 다이폴 안테나 소자 수직 높이(H1)는 안테나 빔 패턴뿐만 아니라 안테나 급전 임피던스에 영향을 미치므로 최적으로 선택되어야 한다.
여기서, 상기 다이폴 안테나 소자 제 1 방사 길이(L1), 다이폴 안테나 소자 제 2 방사 길이(L2)는 무지향성 빔 패턴을 성형하기 위해선 보다 더 0.25 λo (여기서, λo는 중심 주파수 및 자유공간에서의 파장) 정도 커야 한다. 최적의 임피던스 정합을 위하여 동축케이블의 특성임피던스는 임의로 선택될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 일 실시 예를 나타내는 모노폴 안테나 방사기가 외부도체에 접지된 것을 보여주는 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 동축케이블(410)에서 나온 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 동축케이블(410a)에서 나온 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 다이폴 안테나 구조를 형성하며, 이때, 균형 급전 또는 180o 위상 차 급전을 위하여 상기 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)를 제 3 동축케이블 외부도체(420a)에 바로 단락(short)(450) 시킨다. 상기 하부 기구물(100)을 기준으로 수직으로 세워지는 각각의 동축케이블은 제 1 동축케이블 내부유전체(440)와 제 1 동축케이블 외부도체(420)로 인하여 주어진 동축케이블의 특성임피던스를 갖는 전송선로를 제공한다. 특히, 상기 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 앙각 방향의 안테나 빔 폭 조정을 위하여 각각 방사기의 길이를 일정하게 하고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 다이폴 안테나 소자 제 1 방사 길이(L1)와 다이폴 안테나 소자 제 2 방사 길이(L2)로 나누고, 또한 상기, 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각(
Figure pat00009
1)과 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각(
Figure pat00010
2)으로 구부린다. 이때, 상기 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각(
Figure pat00011
1)과 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각(
Figure pat00012
2)은 각각 0o ≤
Figure pat00013
1 < 90o, 0o ≤
Figure pat00014
2 < 90o 범위 내에 있으며, 상기 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 설계 요구조건에 따라 두 번 이상 구부릴 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 일 실시 예를 나타내는 모노폴 안테나 방사기가 외부도체에 접지되지 않은 것을 보여주는 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 동축케이블(410)에서 나온 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 동축케이블(410a)에서 나온 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 다이폴 안테나 구조를 형성하며, 이때, 균형 급전 또는 180o 위상 차 급전을 위하여 상기 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)의 급전점은 상기 제 3 동축케이블(410a)의 끝단에 위치하며, 상기 하부 기구물(100) 내에 있는 급전회로(800)에 연결되고, 상기 급전회로(800)에서 180o 위상 차가 이루어진다. 상기 하부 기구물(100)을 기준으로 수직으로 세워지는 각각의 동축케이블은 상기 제 1 동축케이블 내부유전체(440)와 제 1 동축케이블 외부도체(420)로 인하여 주어진 동축케이블의 특성임피던스를 갖는 전송선로를 제공한다. 특히, 상기 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 앙각 방향의 안테나 빔 폭 조정을 위하여 각각 방사기의 길이를 일정하게 하고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 다이폴 안테나 소자 제 1 방사 길이(L1)와 다이폴 안테나 소자 제 2 방사 길이(L2)로 나누고, 또한 상기 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각(
Figure pat00015
1)과 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각(
Figure pat00016
2)으로 구부린다. 이때, 상기 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각(
Figure pat00017
1)과 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각(
Figure pat00018
2)은 각각 0o ≤
Figure pat00019
1 < 90o, 0o ≤
Figure pat00020
2 < 90o 범위 내에 있으며, 상기 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 설계 요구조건에 따라 두 번 이상 구부릴 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 일 실시 예를 나타내는 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각 및 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각이 각각 90o인 모노폴 안테나 방사기를 보여주는 구성도이다.
도 6-1에 도시된 바와 같이, 제 1 동축케이블(410)에서 나온 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 동축케이블(410a)에서 나온 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 다이폴 안테나 구조를 형성하며, 이때, 균형 급전 또는 180o 위상 차 급전을 위하여 상기 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)를 상기 제 3 동축케이블 외부도체(420a)에 바로 단락(short)(450) 시킨다. 수직으로 세워지는 각각의 동축케이블은 상기 제 1 동축케이블 내부유전체(440)와 제 1 동축케이블 외부도체(420)로 인하여 주어진 동축케이블의 특성임피던스를 갖는 전송선로를 제공한다. 특히, 상기 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 앙각 방향의 안테나 빔 폭 조정을 위하여 각각 방사기의 길이를 일정하게 하고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 다이폴 안테나 소자 제 1 방사 길이(L1)와 다이폴 안테나 소자 제 2 방사 길이(L2)로 나누고, 또한 상기, 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각(
Figure pat00021
1)과 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각(
Figure pat00022
2)으로 구부린다. 이때, 상기 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각(
Figure pat00023
1)과 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각(
Figure pat00024
2)은 각각 90o 에 있으며, 이는 수직 또는 수평방향으로 안테나 방사 효율을 높이기 위함이며, 상기 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 설계 요구조건에 따라 두 번 이상 구부릴 수도 있다.
도 6-2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 동축케이블(410)에서 나온 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 동축케이블(410a)에서 나온 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 다이폴 안테나 구조를 형성하며, 이때, 균형 급전 또는 180o 위상 차 급전을 위하여 상기 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)의 급전점은 상기 제 3 동축케이블(410a)의 끝단에 위치하며, 상기 제 3 동축케이블(410a)의 내부도체만 상기 하부 기구물(100) 내에 있는 급전회로(800)에 연결되며, 상기 급전회로(800)에서 180o 위상 차가 이루어진다. 수직으로 세워지는 각각의 동축케이블은 상기 제 1 동축케이블 내부유전체(440)와 제 1 동축케이블 외부도체(420)로 인하여 주어진 동축케이블의 특성임피던스를 갖는 전송선로를 제공한다. 특히, 상기 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 앙각 방향의 안테나 빔 폭 조정을 위하여 각각 방사기의 길이를 일정하게 하고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 다이폴 안테나 소자 제 1 방사 길이(L1)와 다이폴 안테나 소자 제 2 방사 길이(L2)로 나누고, 또한 상기, 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각(
Figure pat00025
1)과 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각(
Figure pat00026
2)으로 구부린다. 이때, 상기 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각(
Figure pat00027
1)과 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각(
Figure pat00028
2)은 각각 90o 에 있으며, 이는 수직 또는 수평방향으로 안테나 방사 효율을 높이기 위함이며, 상기 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 설계 요구조건에 따라 두 번 이상 구부릴 수도 있다.
도 7은 본 발명에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 일 실시 예를 나타내는 모노폴 안테나 방사기의 평면설치각도를 보여주는 배치도이다.
도 7-1에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 180o 각도를 유지하도록 대각선 방향에 위치하며, 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 제 3 동축케이블 외부도체(420a)에 바로 단락(short)(450)되고, 제 4 모노폴 안테나 방사기(740a)는 제 2 모노폴 안테나 방사기(740)와 180o 각도를 유지하도록 대각선 방향에 위치하며, 상기 제 4 모노폴 안테나 방사기(740a)는 제 4 동축케이블 외부도체(710)에 바로 단락(short)(450)되도록 설치한다.
한편, 상기 제 1 모노폴 안테나 방사기(430), 제 2 모노폴 안테나 방사기(740), 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a) 및 제 4 모노폴 안테나 방사기(740a)의 평면도 상에서 보이는 평면설치각도(
Figure pat00029
3)는 각각 90o를 유지하도록 직교 교차하여 배치한다.
또한, 도 7-2에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)는 제 1 모노폴 안테나 방사기(430)와 180o 각도를 유지하도록 대각선 방향에 위치시키며, 제 4 모노폴 안테나 방사기(740a)는 제 2 모노폴 안테나 방사기(740)와 180o 각도를 유지하도록 대각선 방향에 위치시키고, 상기 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a)와 제 4 모노폴 안테나 방사기(740a)는 제 3 동축케이블 외부도체(420a)와 제 4 동축케이블 외부도체(710)에 단락(short-GND)(450) 시키지 않으며(Non short-N-GND)(510), 상기 제 1 모노폴 안테나 방사기(430) 및 제 2 모노폴 안테나 방사기(740)와 갖은 구조로 구성된다.
한편, 상기 제 1 모노폴 안테나 방사기(430), 제 2 모노폴 안테나 방사기(740), 제 3 모노폴 안테나 방사기(430a) 및 제 4 모노폴 안테나 방사기(740a)의 평면도 상에서 보이는 평면설치각도(
Figure pat00030
3)는 각각 90o를 유지하도록 직교 교차하여 배치한다.
도 8은 본 발명에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 일 실시 예를 나타내는 다이폴 안테나 소자의 입력전력을 공급하기 위한 급전회로가 포함된 것을 보여주는 구성도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 직교 교차 다이폴 안테나 소자(200)에 입력전력을 공급하기 위하여 상기 하부 기구물(100)의 하단에 상기 급전회로(800)가 설치되며, 상기 급전회로(800)의 내부에는 90o 하이브리드 결합기 소자가 사용되며, 두 개의 직교 원형편파(좌원편파-LHCP, 우원편파-RHCP)를 발생하기 위하여 두 개의 입력단자인 Input 1(910), Input 2(920)를 가지고 있다.
도 9는 본 발명에 따른 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조의 일 실시 예를 나타내는 90o 하이브리드 결합기 소자의 내부구성 블록도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 전송선로(930, 930a)의 전기적 설계변수는 제 1 전송선로 특성임피던스(Z1)와 제 1 전송선로 전기적 길이(θ1)이며, 제 2 전송선로(940, 940a)의 전기적 설계변수는 제 2 전송선로 특성임피던스(Z2)와 제 2 전송선로 전기적 길이(θ2)에 의하여 정해진다. 일 실시 예로, 도 8에 도시된 상기 직교 교차 다이폴 안테나 소자(200)의 입력 임피던스가 50Ω 인 경우, 상기 제 1 전송선로 특성임피던스(Z1)는 35.35Ω 이고, 상기 제 2 전송선로 특성임피던스(Z2)는 50Ω 이다. 또한, 상기 제 1 전송선로 전기적 길이(θ1)와 제 2 전송선로 전기적 길이(θ2)는 각각 θ1=90o, θ2=90o 이다.
다시 말해서, 입력단자 Input 1(910)로 입사된 입사전력은 기준 위상을 갖는 다이폴 안테나 1(Dipole antenna 1)(910a) 단자의 위상이 0o일 경우 다이폴 안테나 2(Dipole antenna 2)(920a) 단자의 위상은 90o 지연됨을 알 수 있으며, 입력단자 Input 2(920)로 입사된 입사전력은 기준 위상을 갖는 다이폴 안테나 2(Dipole antenna 2)(920a) 단자의 위상이 0o일 경우 다이폴 안테나 1(Dipole antenna 1)(910a) 단자의 위상은 90o 지연됨을 알 수 있다.
또한, 입력단자 Input 1(910)로 입사된 입사전력은 기준 위상을 갖는 다이폴 안테나 1(Dipole antenna 1)(910a) 단자와 다이폴 안테나 2(Dipole antenna 2)(920a) 단자로 각각 1/2씩 전력 분배되어 출력되며, 다이폴 안테나 2(Dipole antenna 2)(920a) 단자는 다이폴 안테나 1(Dipole antenna 1)(910a) 단자보다 상대적으로 90o 위상 지연을 갖는다.
상기와 같은 출력 전력들은 두 개의 입력단자를 갖는 상기 직교 교차 다이폴 안테나 소자(200)로 입력되어 우원형 편파(또는, 좌원형 편파)를 발생한다.
또한, 입력단자 Input 2(920)로 입사된 입사전력은 기준 위상을 갖는 다이폴 안테나 2(Dipole antenna 2)(920a) 단자와 다이폴 안테나 1(Dipole antenna 1)(910a) 단자로 각각 1/2씩 전력 분배되어 출력되며, 다이폴 안테나 1(Dipole antenna 1)(910a) 단자는 다이폴 안테나 2(Dipole antenna 2)(920a) 단자보다 상대적으로 90o 위상 지연을 갖는다.
상기와 같은 출력 전력들은 두 개의 입력단자를 갖는 상기 직교 교차 다이폴 안테나 소자(200)로 입력되어 좌원형 편파(또는, 우원형 편파)를 발생한다.
급전회로(800) 내부의 90o 하이브리드 결합기 소자를 구현하는 방법은 유전체 기판을 사용하여 마이크로스트립(Micro-strip) 선로로 구현하는 방법과 유전체 기판을 사용하지 않고 바닥 접지면과 분리하여 도체 선만으로 구현하는 저손실 에어스트립(Air-strip) 선로로 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변경 및 변형할 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
300 : 레이돔
100 : 하부 기구물
200 : 직교 교차 다이폴 안테나 소자
L1 : 다이폴 안테나 소자 제 1 방사 길이
L2 : 다이폴 안테나 소자 제 2 방사 길이
Figure pat00031
1 : 다이폴 안테나 소자 제 1 절곡 각
Figure pat00032
2 : 다이폴 안테나 소자 제 2 절곡 각
Figure pat00033
3 : 평면설치각도
H1 : 외부 도체를 갖는 다이폴 안테나 소자 수직 높이
H3 : 하부 기구물 덮개
410 : 제 1 동축케이블
410a : 제 3 동축케이블
420 : 제 1 동축케이블 외부도체
420a : 제 3 동축케이블 외부도체
710 : 제 4 동축케이블 외부도체
430 : 제 1 모노폴 안테나 방사기
740 : 제 2 모노폴 안테나 방사기
430a : 제 3 모노폴 안테나 방사기
740a : 제 4 모노폴 안테나 방사기
440 : 제 1 동축케이블 내부유전체
520 : 제 3 동축케이블 내부유전체
450 : short(GND)
510 : Non short(N-GND)
800 : 급전회로
910 : 입력단자 Input 1
920 : 입력단자 Input 2
910a : 다이폴 안테나 1(Dipole antenna 1)
920a : 다이폴 안테나 2(Dipole antenna 2)
Zo : 특성임피던스
Z1 : 제 1 전송선로 특성임피던스
Z2 : 제 2 전송선로 특성임피던스
θ1 : 제 1 전송선로 전기적 길이
θ2 : 제 2 전송선로 전기적 길이
930, 930a : 제 1 전송선로
940, 940a : 제 2 전송선로

Claims (15)

  1. 안테나 구조에 있어서,
    동축케이블 선로로 구현되는 제 1 모노폴안테나 방사기;
    상기 제 1 모노폴안테나 방사기와 180o 각도를 유지하며 대각선 방향에 설치되는 제 3 모노폴안테나 방사기; 및
    상기 제 1 모노폴안테나 방사기와 90o 각도를 유지하며 설치되는 제 2 모노폴안테나 방사기;
    상기 제 2 모노폴안테나 방사기와 180o 각도를 유지하며 대각선 방향에 설치되는 제 4 모노폴안테나 방사기;
    상기 제 1 모노폴안테나 방사기 및 제 2 모노폴안테나 방사기와 상기 제 3 모노폴안테나 방사기 및 제 4 모노폴안테나 방사기는 무지향성 빔 패턴을 성형하기 위한 다이폴안테나 소자 제 1 절곡각; 및 제 2 절곡각;을 포함하고,
    두 개의 직교 원형 편파 구현을 위한 급전회로;
    를 포함하는 무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 모노폴안테나 방사기 및 제 2 모노폴안테나 방사기와 상기 제 3 모노폴안테나 방사기 및 제 4 모노폴안테나 방사기는
    동축케이블의 외부도체 및 내부유전체를 동작주파수에 따라 일정 길이만큼 제거한 후 내부도체 및 내부유전체만을 이용하여 구현되는
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 모노폴안테나 방사기 및 제 2 모노폴안테나 방사기와 상기 제 3 모노폴안테나 방사기 및 제 4 모노폴안테나 방사기는
    4개의 동축케이블 선로로 내부도체만을 이용하여 상호 직교하여 구현되는 직교 교차 다이폴안테나 소자인
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  4. 제3항에서 있어서,
    상기 직교 교차 다이폴안테나 소자는
    외부도체들을 서로 단락시키는
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 직교 교차 다이폴안테나 소자는
    외부도체를 갖는 동축케이블의 길이를 조정하여 임피던스 정합을 하고, 상기 다이폴안테나 소자의 고정 및 안테나 빔 패턴 성형 또는 안테나 빔 폭을 조정하는 하부 기구물을 포함하는
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 급전회로는
    두 개의 직교 원형 편파 구현을 위하여 내부에 90o 하이브리드 결합기 소자를 포함하는
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 급전회로 내부의 90o 하이브리드 결합기 소자는
    유전체 기판을 사용하지 않고, 도체 선만으로 구현하는 저손실 에어스트립(Air-strip) 선로인
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 급전회로 내부의 90o 하이브리드 결합기 소자는
    유전체 기판을 사용하여 마이크로스트립(Micro-strip) 선로로 구현하는
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 모노폴안테나 방사기 및 제 2 모노폴안테나 방사기와 상기 제 3 모노폴안테나 방사기 및 제 4 모노폴안테나 방사기는
    동축케이블의 외부도체 및 내부유전체를 일정 길이만큼 제거한 후, 무지향성 안테나 빔 패턴 성형 또는 안테나 빔 폭 조정을 위하여 내부도체만을 일정한 길이 또는 길이 비(L1, L2 ratio)를 갖는
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 모노폴안테나 방사기 및 제 2 모노폴안테나 방사기와 상기 제 3 모노폴안테나 방사기 및 제 4 모노폴안테나 방사기는
    동축케이블의 외부도체를 일정 길이만큼 제거한 후,무지향성 안테나 빔 패턴 성형 또는 안테나 빔 폭 조정을 위하여 내부도체 및 내부유전체만을 일정한 길이 또는 길이 비(L1, L2 ratio)를 갖는
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 다이폴안테나 소자 제 1 절곡각 및 다이폴안테나 소자 제 2 절곡각은
    모노폴안테나 방사기의 무지향성 안테나 빔 패턴 성형 또는 안테나 빔 폭 조정을 위하여 내부도체를 일정한 각(0o ≤
    Figure pat00034
    1 < 90o, 0o ≤
    Figure pat00035
    2 < 90o)으로 두 번 이상 절곡하여 구현되는
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 모노폴안테나 방사기 및 제 2 모노폴안테나 방사기는
    외부도체와 단락시키지 않고, 하부 급전회로의 입력단자에 연결되어 입력 임피던스 및 180o 위상을 보정하며, 상기 제 3 모노폴안테나 방사기 및 제 4 모노폴안테나 방사기는
    외부도체에 단락시켜 구현되는
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 모노폴안테나 방사기 및 제 2 모노폴안테나 방사기는
    외부도체와 단락시키지 않고, 하부 급전회로의 입력단자에 연결되어 입력 임피던스 및 180o 위상을 보정하며, 상기 제 3 모노폴안테나 방사기 및 제 4 모노폴안테나 방사기는
    외부도체에 단락시키지 않고 하부 급전회로의 접지단자에 연결되어 구현되는
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 다이폴안테나 소자 제 1 절곡각 및 다이폴안테나 소자 제 2 절곡각은
    모노폴안테나 방사기의 무지향성 안테나 빔 패턴 성형 또는 안테나 빔 폭 조정을 위하여 내부도체를 일정한 각(
    Figure pat00036
    1 = 90o,
    Figure pat00037
    2 = 90o)으로 두번 이상 절곡하여 구현되는
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 모노폴안테나 방사기 및 제 2 모노폴안테나 방사기와 상기 제 3 모노폴안테나 방사기 및 제 4 모노폴안테나 방사기는
    평면도 상에서 보이는 평면설치각도(
    Figure pat00038
    3)는 각각 90o를 유지하도록 직교 교차하여 구현되는 것을 특징으로 하는
    무지향성 빔 패턴을 갖는 직교 교차 다이폴 안테나 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR20190075852A (ko) * 2017-12-21 2019-07-01 (주)지에쓰씨 차량간 통신 안테나
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CN114069211A (zh) * 2020-08-07 2022-02-18 上海诺基亚贝尔股份有限公司 三脚架辐射元件

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