KR20100072693A - 모드 변환 기능이 내장된 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 모드 변환 기능이 내장된 안테나는 개구면이 직사각형 형태인 혼(horn) 형상의 혼 안테나부; 및 상기 혼 안테나부의 개구면 반대쪽에서 상기 혼 안테나부의 내부에 위치하며 상기 안테나부와 마이크로 스트립 전송선을 연결하는 적어도 하나 이상의 모드 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하며 마이크로파 및 밀리미터파 대역에서 동작 가능하며 종래에 사용하는 혼 안테나의 제작 방식을 사용하지 않고 정전기 방전에 의한 영향을 차단함으로써 송수신 모듈의 신뢰성을 개선할 수 있으며, 송수신 모듈과 안테나를 연결할 때 발생할 수 있는 제작 오차를 줄일 수 있다.

Description

모드 변환 기능이 내장된 안테나{Antenna embodied with function of mode transformation}

본 발명은 모드 변환 기능이 내장된 안테나에 관한 것으로서, 특히 마이크로파 및 밀리미터파 대역에서 동작 가능하며 제작 가격이 낮고 신뢰성이 뛰어난 모드 변환부가 있는 혼 안테나에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 IT 원천기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:2008-F-013-01, 과제명: 스펙트럼 공학 및 밀리미터파대 전파자원 이용기술개발].

혼 안테나는 도파관으로부터 급전되는 형태이고 도파관의 전파 모드는 TE10 모드이지만, 궁극적으로 신호는 능동 소자 IC가 있는 송수신 모듈로부터 공급된다. 그리고 송수신 모듈에서 발생된 신호는 마이크로스트립 전송선과 같이 quasi TEM 모드를 전달하는 평면형 전송선을 이용하여 혼 안테나로 전달된다. 따라서 평면형 전송선의 전파모드인 quasi TEM 모드를 도파관 전파 모드인 TE10모드로 변환하기 위한 모드 변환 구조가 필요하다. 종래에는 이를 해결하기 위하여 평면형 전송선에서 도파관으로 변환하는 모드 변환 장치와 도파관으로 급전되는 혼 안테나를 따로 구성하였다. 이런 방식을 적용하면 전체 구성이 커지는 단점이 있다.

또한 송수신 모듈에서 구성된 능동 집적회로의 경우 정전기 방전 (ESD)에 매우 취약한 구조이기 때문에 정전기 방전을 보호하는 구성을 하지 않으면 송수신 모듈의 신뢰성을 저하시킬 수 있으며 또한 성능이 열화된다. 정전기 방전으로 인하여 영향을 받는 송수신 모듈의 구성 소자는 안테나 최종단에 연결된 증폭기와 같은 능동 소자 IC이다. 일반적으로 IC는 내부적으로 정전기 방전에 대한 보호 회로를 구성하지만, 송수신 모듈이 안테나에 연결되는 전력 증폭기 IC의 출력 부분이나 저잡음 증폭기 IC의 입력 부분에 정전기 방전에 대한 보호 회로를 구성하면 성능 열화가 매우 심각하게 발생하기 때문에 송수신 모듈 부분에서 정전기 보호 문제를 해결하여야 한다.

하지만 마이크로파나 밀리미터파 대역의 송수신 모듈의 경우 대부분 자체 보호 회로가 없는 송수신 모듈을 그대로 사용하기 때문에 송수신 모듈의 신뢰성이 매우 낮아진다.

그리고 혼 안테나는 사출 금형, wirecutting, 방전 가공 등의 초기 비용이 많이 들어가는 방식으로 제작되기 때문에 제작 가격이 비싼 단점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마이크로스트립 전송선의 quasi TEM 모드를 혼 안테나에 급전하기 위한 TE10모드로 변환하기 위한 모드 변환 구조를 안테나 내부에 구비하였으며, 혼 안테나의 제작 가격을 낮추기 위하여 가격이 낮은 제작 방법(일례로, milling 방법)으로도 충분히 성능을 얻을 수 있도록 격자가 있는 형태를 가진 안테나, 특히 모드 변환 기능이 내장된 혼 안테나를 제공하는데 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 모드 변환 기능이 내장된 안테나는 개구면이 직사각형 형태인 혼(horn) 형상의 혼 안테나부; 및 상기 혼 안테나부의 개구면 반대쪽에서 상기 혼 안테나부의 내부에 위치하며 상기 안테나부와 마이크로 스트립 전송선을 연결하는 적어도 하나 이상의 모드 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 모드 변환 기능이 내장된 안테나는 모드 변환부를 구비함으로써 제작 가격이 낮고 송수신 모듈의 신뢰성을 높일 수 있다.

본 발명에 의한 모드 변환 기능이 내장된 안테나는 혼 안테나의 구조를 변경함으로써 종래에 사용하는 혼 안테나의 제작 방식을 사용하지 않고, 정전기 방전(ESD)에 의한 영향을 차단하여 송수신 모듈의 신뢰성을 개선할 수 있으며, 송수 신 모듈과 안테나를 연결할 때 발생할 수 있는 제작 오차를 줄일 수 있다.

그리고 본 발명에 의한 안테나 내부에 형성된 모드 변환 구조의 끝 부분이 마이크로스트립 전송선에 연결 되도록 하기 위하여 탄성이 있는 금속 접촉부를 구성함으로써 송수신 모듈과 안테나를 연결할 때 발생할 수 있는 제작오차를 줄일 수 있다.

결과적으로 마이크로스트립 전송선의 전기적인 특성 변화가 없이 접지면에 바로 연결되는 형태가 되기 때문에 정전기 방전이 발생하더라도 방전된 신호가 바로 금속 접지면으로 흘러나가도록 할 수 있다. 따라서 송수신 모듈에 구성된 능동 소자의 정전기 방전에 대한 보호 효과를 추가적으로 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1a 내지 도 1b는 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 있는 혼 안테나의 조감도이고, 도 2a 내지 도 2b는 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 있는 혼 안테나의 단면도이다. 도 3은 송수신 모듈을 본 발명에 의한 혼 안테나에 연결하기 위한 구성을 보여주는 도면이다. 그리고 도 4a 내지 도 4b는 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 없는 혼 안테나의 단면도이고, 도 5는 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 없고 한 개의 모드 변환부로 구성된 혼 안테나의 단면도이다. 한편 도 6은 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 없고 모드 변환부가 곡면으로 구성된 혼 안테나의 단면도이다. 마지막으로 도 7은 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 있는 혼 안테나의 co-polarization 복사 패턴을 보여주는 도면이고, 도 8a 내지 도 8b는 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 있는 혼 안테나에서 모드 변환부가 한 개인 경우(도 8a)와 두 개인 경우(도 8b)에 대한 cross-polarization 복사 패턴을 보여주는 도면이다.

도 1a는 유전체기판(140)상의 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 혼 안테나를 앞면에서 바라본 조감도이다. 혼 안테나(110)와 마이크로스트립 전송선을 연결하기 위한 모드 변환부(120)가 혼 안테나 내부의 상면과 하면에 각각 구성되었다. 그리고 혼 안테나의 상하 좌우 면은 격자(130)가 있는 형태로 되어있어서 간단한 공정을 이용하여 제작할 수 있기 때문에 제작 가격을 낮출 수 있다.

도 1b는 도 1a의 마이크로스트립 전송선(150)에 의해 급전된 혼 안테나를 뒷면에서 바라본 조감도이다. 혼 안테나(110) 내부의 모드 변환부(120) 가 유전체 기판(140)상의 마이크로스트립 전송선(150)과 연결되는 것을 알 수 있다.

도 2a는 도 1a 내지 도 1b의 단면을 보여준다. 마이크로스트립 전송선(150)은 유전체 기판(140)의 윗면에 형성된 금속선이며, quasi TEM 모드가 형성되도록 유전체 기판의 밑면에 접지면(220)이 존재한다. 혼 안테나(110)와 마이크로스트립 전송선(150)의 모드 정합을 하기 위한 모드 변환부(120)가 혼 안테나 내부에 구성되어 있다. 그리고 모드 변환부(120)를 마이크로스트립 전송선에 쉽게 접촉할 수 있도록 하기 위하여 탄성이 있는 금속으로 구성된 접촉부(210)가 혼 안테나의 상면 에 있는 모드 변환부(120)에 연결되어있다. 도 2b는 마이크로스트립 전송선(150)을 혼 안테나 급전점에 삽입했을 때, 탄성이 있는 금속 접촉부(210)가 마이크로스트립 전송선(150)의 금속면에 완전히 접촉되어야 함을 보여준다.

도 3은 IC가 유전체 기판(140) 위에 있고 IC의 출력 또는 입력이 와이어본딩(230)에 의하여 마이크로스트립 전송선(150)에 연결된 것을 보여준다. 그리고, 마이크로스트립 전송선(150)은 탄성이 있는 금속 접촉부(210)와 연결되기 때문에 주로 안테나 입력부와 연결되는 송수신 모듈의 구성 요소인 전력 증폭기 IC의 출력이나 저잡음 증폭기 IC의 입력이 최종적으로 접지면과 연결되는 구조이다. 이렇게 하면 IC의 입력 또는 출력 부분에 정전기가 방전되더라도 정전기 신호는 접지면(220)으로 바로 흘러가기 때문에 IC를 정전기 방전으로부터 보호할 수 있게 된다.

도 4a 내지 도 4b는 도 1a 내지 도 1b와 달리 혼 안테나 내부가 종래의 혼 안테나처럼 표면에 격자가 없는 형태이더라도 격자가 있는 모드 변환부(120)와 탄성이 있는 금속 접촉부(210)를 사용할 수 있는 일 실시예를 보여주고 있다.

도 5는 모드 변환부(120)가 혼 안테나의 상면에만 존재하는 경우에 대한 일례를 보여준다. 즉 모드 변환부(120)는 위에서도 언급하였듯이 혼 안테나 내부의 일면 중 어느 하나 혹은 복수개의 면에 선택적으로 위치할 수 있다.

도 6은 모드 변환부(120)가 격자로 형성되지 않고, 곡면 형태로 구성된 일실시예를 보여준다.

도 7은 도 2a 내지 도 2b와 같이 마이크로스트립 전송선에서 신호가 급전된 모드 변환부와 표면이 격자 구조로 되어있는 경우에 대하여 x-z 면을 따라서 얻어지는 co-polarization 안테나 복사 패턴을 보여준다. 주파수는 55GHz 대역이며 +z축으로 신호의 세기가 가장 크다.

도 8a는 도 2a 내지 도 2b의 구조에서 혼 안테나 내부의 상면에 있는 모드 변환부만 사용하였을 경우에 대한 안테나 복사 패턴을 보여준다. x-z 면을 따라서 얻어진 cross-polarization 안테나 복사 패턴이다. 도 8b는 도 2a 내지 도 2b의 구조에 대한 cross-polarization 안테나 복사 패턴을 보여준다. 두 그림을 보면 모드 변환부가 한 개 있는 경우의 cross-polarization 특성이 더 나쁜 것을 알 수 있다. 따라서, cross polarization 특성을 좋게하려면 모드 변환부(120)를 상면과 하면에 대칭적으로 배치하는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)에 의한 표시의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본 질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1a 내지 도 1b는은 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 있는 모드 변환 기능이 내장된 혼 안테나의 조감도이다.

도 2a 내지 도 2b는 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 있는 모드 변환 기능이 내장된 혼 안테나의 단면도이다.

도 3은 송수신 모듈을 본 발명에 의한 모드 변환 기능이 내장된 혼 안테나에 연결하기 위한 구성을 보여주는 도면이다.

도 4a 내지 도 4b는 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 없는 모드 변환 기능이 내장된 혼 안테나의 단면도이다.

도 5는 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 없고 한 개의 모드 변환부로 구성된 모드 변환 기능이 내장된 혼 안테나의 단면도이다.

도 6은 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 없고 모드 변환부가 곡면으로 구성된 모드 변환 기능이 내장된 혼 안테나의 단면도이다.

도 7은 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 있는 혼 안테나의 co-polarization 복사 패턴을 보여주는 도면이다.

도 8a 내지 도 8b는 마이크로스트립 전송선에 의해 급전된 본 발명에 의한 격자가 있는 혼 안테나에서 모드 변환부가 한 개인 경우(도 8a)와 두 개인 경우(도 8b)에 대한 cross-polarization 복사 패턴을 보여주는 도면이다.

Claims (8)

1. 개구면이 직사각형 형태인 혼(horn) 형상의 혼 안테나부; 및

   상기 혼 안테나부의 개구면 반대쪽에서 상기 혼 안테나부의 내부에 위치하며 상기 안테나부와 마이크로 스트립 전송선을 연결하는 적어도 하나 이상의 모드 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모드 변환 기능이 내장된 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼 안테나부는

   내부의 상,하,좌,우면이 각각 계단 형상의 격자 형태인 것을 특징으로 하는 모드 변환 기능이 내장된 안테나.
3. 제1항에 있어서, 상기 모드변환부는

   상기 혼 안테나부의 개구면 반대쪽에서 상기 혼 안테나의 상측면, 하측면, 좌측면, 그리고 우측면중 적어도 하나의 측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 모드 변환 기능이 내장된 안테나.
4. 제3항에 있어서, 상기 모드변환부는

   폭과 길이가 가변적인 계단 형상인 것을 특징으로 하는 모드 변환 기능이 내장된 안테나.
5. 제3항에 있어서, 상기 모드변환부는

   곡면 형상인 것을 특징으로 하는 모드 변환 기능이 내장된 안테나.
6. 제1항에 있어서, 상기 모드변환부는

   일측은 상기 모드변환부의 종단부에 연결되고 다른측은 상기 마이크로 스트립 전송선에 연결되는 적어도 하나 이상의 접촉부;를 더 포함하는 모드 변환 기능이 내장된 안테나.
7. 제6항에 있어서, 상기 접촉부는

   금속성 물질로서 탄성을 가지는 것을 특징으로 하는 모드 변환 기능이 내장된 안테나.
8. 제1항에 있어서, 상기 모드변환부는

   상기 혼 안테나부와 평면형 전송선을 더 연결하는 것을 특징으로 하는 모드 변환 기능이 내장된 안테나.

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