KR20120121721A - 안테나 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안테나 구조물에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조물은 지지층, 지지층에 결합되는 방사체가 포함된 마이크로 스트립 안테나, 마이크로 스트립 안테나에 결합되고 복 수의 홀이 형성된 하니콤 및 상기 하니콤에 결합되고 복 수의 슬롯이 형성된 주파수 선택층을 포함한다.

Description

안테나 구조물{ANTENNA STRUCTURE}

본 발명은 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 운송체의 도체 표면에 슬롯 형태의 주기 구조를 적용하여 고이득, 고지향성 및 고효율을 얻을 수 있는 안테나 구조물에 관한 것이다.

통신 기술의 발달과 함께 자동차, 열차, 선박, 항공기와 같은 운송체내에서 GPS, 지상파 DMB, 위성 DMB, 위성 방송, 위성 인터넷 등 다양한 서비스가 제공되고 있다. 따라서, 자동차, 열차, 선박, 항공기와 같은 운송체내에서의 원활한 통신을 위해서는 각 통신 대역에 해당하는 다양한 형태의 안테나가 필요하다. 그러나 자동차, 기차, 항공기, 선박 등 운송체내의 표면은 일반적으로 금속이나 탄소섬유복합재료와 같은 도체로 이루어져 있기 때문에, 운송체의 표면에 안테나를 적용하지 못하고 외부에 돌출된 안테나를 적용함에 따라 안테나를 설치할 공간과 위치 설정에 많은 제약이 있다.

따라서, GPS, DMB, 위성방송 및 위성 안테나 분야에서는 안테나의 형태를 기존의 접시형이 아닌 평면으로 제작하여 안테나의 크기를 줄일 수 있는 마이크로 스트립 평판 안테나의 적용이 증가하고 있다.

그러나 안테나를 운송체 표면 밖에 설치할 경우 외부로 돌출된 안테나의 구조적인 안정성이 좋지 않은 문제점이 있으며, 안테나 설치 위치에 제약이 발생할 수 있으며, 항공기의 경우는 공기저항으로 인하여 적용하는데 한계가 발생할 수 있다.

또한, 높은 지향성을 필요로 하는 배열 안테나가 이용되는 위성 통신용 안테나의 경우에는 높은 지향성을 가지는 대신 크기가 크며 급전회로에서 발생하는 손실로 인하여 효율이 낮다는 문제점이 있다.

본 발명의 일 측면은, 구조적인 안전성을 확보할 수 있고 설치 위치의 제약을 피할 수 있는 안테나 구조물을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 일 측면은, 운송체의 도체 표면에 슬롯 형태의 주기 구조를 적용하여 고이득, 고지향성 및 고효율을 얻을 수 있는 안테나 구조물을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조물은 지지층, 지지층에 결합되는 방사체가 포함된 마이크로 스트립 안테나, 마이크로 스트립 안테나에 결합되고 복 수의 홀이 형성된 하니콤 및 하니콤에 결합되고 복 수의 슬롯이 형성된 주파수 선택층을 포함한다.

또한, 지지층은 유리섬유 강화 복합재 또는 탄소 섬유 강화 복합재 중 하나를 포함할 수 있다.

또한, 주파수 선택층의 슬롯의 모양은 원형일 수 있다.

또한, 주파수 선택층의 슬롯의 모양은 사각형일 수 있다.

또한, 주파수 선택층의 슬롯의 모양은 세모일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 구조적인 안정성을 확보할 수 있고, 설치위치가 자유로우며, 고이득, 고지향성 및 고효율을 얻을 수 있는 안테나 구조물을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지향성 안테나의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지향성 향상 안테나 구조물의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 슬롯이 형성된 주파수 선택적 표면의 평면도이다. .
도 4는 도 1에서 VI-VI선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 패치 안테나를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 2의 주파수 선택적 표면을 통과한 주파수의 투과 계수를 나타내는 그래프이다
도 7은 도 5의 패치 안테나의 반사 계수를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지향성 안테나 구조물의 반사 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지향성 안테나 구조물의 이득 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제 2실시예에 따른 지향성 안테나 구조물의 분해 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 한편, 도면에서 각 구성요소의 크기는 설명의 편의를 위하여 임의로 나타낸 것으로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 구조물의 사시도이고, 도 2는 도 1의 안테나 구조물의 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 지향성 안테나 구조물(100)은 지지층(10), 마이크로 스트립 안테나(20), 하니콤(30) 및 복 수의 슬롯(41)이 형성된 주파수 선택층(40)(Frequency Selective Surface: FSS)을 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 지지층(10)은 유리 섬유 강화 복합재(유전체) 또는 탄소섬유강화복합재(도체)를 포함할 수 있다.

여기서, 지지층(10)은 본 실시예에 따른 안테나 구조물(100)의 기계적 강도를 증가시키는 역할을 할 수 있다.

또한, 지지층(10)에는 방사체(21)가 포함된 마이크로 스트립 안테나(20)가 결합될 수 있다.

또한, 마이크로 스트립 안테나(20)의 윗 쪽에는 복 수의 홀(31)이 형성된 하니콤(30)이 결합될 수 있다. 여기서, 하니콤(30)은 비금속으로 이루어 질 수 있다.

보다 상세하게는 하니콤(30)은 마이크로 스트립 안테나(20)와 주파수 선택층(40)(FSS)사이에 위치하여 기계적인 샌드위치 구조를 만들 수 있다. 또한, 마이크로 스트립 안테나(20)와 주파수 선택층(40)(FSS) 사이가 너무 가까울 경우 마이크로 스트립 안테나(20)와 주파수 선택층(40)(FSS) 사이의 전기적 간섭현상이 심하여 안테나 구조물(100)이 동작하지 못할 수 있다. 따라서, 하니콤(30)은 마이크로 스트립 안테나(20)와 주파수 선택층(40)(FSS)가 일정 거리를 유지하게 하여 본 실시예에 따른 안테나 구조물(100)의 전기적 특성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 이때, 하니콤(30)의 유전율은 대략 1.1 정도로 공기의 유전율인 1과 거의 같기 때문에, 하니콤(30)은 전기적인 간섭현상은 발생시키지 않을 수 있다.

또한, 하니콤(30)의 윗 쪽에는 복 수의 슬롯(41)이 형성된 주파수 선택층(40)(FSS)이 결합될 수 있다.

여기서, 주파수 선택층(40)(FSS)은 본 실시예에 따른 안테나 구조물(100)이 설치될 수 있는 자동차, 항공기 및 선박 등의 운송체의 표면에 형성되는 것이 가능하다. 이때, 주파수 선택층(40)(FSS)은 안테나의 효율을 15db정도 향상시키는 것이 가능하다.

도 3은 도 1에서 VI-VI선을 따라 잘라본 단면도이다.

도 3을 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 마이크로 스트립 안테나(20)의 두께는 대략 0.508mm정도이고, 방사체(21)가 그 중앙 부분에 설치될 수 있다. 또한, 하니콤(30)의 두께는 대략 11.7mm정도이고, 주파수 선택층(40)(FSS)의 두께는 대략 1mm정도이다.

여기서, 하니콤(30)의 두께는 12GHz 기준으로 1파장의 길이가 25mm일 때, 반파장의 길이와 비슷한 11.7mm이다. 이때, 하니콤(30)의 두께인 11.7mm는 마이크로 스트립 안테나(20)과 주파수 선택층(40)(FSS) 사이의 간섭현상을 최소화 하기 위해 선택된 것이다.

또한, 주파수 선택층(40)(FSS)의 두께는 임의로 결정할 수 있으며, 안테나의 효율과는 관련성이 없다.

도 4는 도 1의 슬롯이 형성된 주파수 선택층의 평면도이다.

도 4를 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 주파수 선택층(40)(FSS)은 복 수의 슬롯(41)을 포함할 수 있다.

여기서, 본 실시예에 따른 주파수 선택층(40)(FSS)은 높은 지향성(약 15db)을 가질 수 있도록 슬롯(41)의 모양이 원 형일 수 있다. 다만, 슬롯(41)의 모양은 원형에 한정되지 않고, 예를 들어 네모 모양 또는 세모 모양일 수 있다.

본 실시예에 따르면, 2차원 슬롯의 크기와　주기에 따라서 주파수를 선택할 수가 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 슬롯의 직경(r)과 슬롯 간의 이격 거리 (p)를 조절하여 이득과 주파수를 결정할 수가 있다

도 5는 본 발명의 패치 안테나를 나타내는 평면도이다.

도 5를 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 마이크로 스트립 안테나(20)는 유전체로 이루어 질 수 있다. 또한, 마이크로 스트립 안테나(20)의 크기는　20×20 mm이고, 방사체로 사용될 수 있는 금속 패치의 크기는 8×8 mm 이다. 안테나 기판인 유전체의 두께는 0.508 mm이고, 유전율(εr)이 2.2다.

도 6은 도 2의 주파수 선택적 표면을 통과한 주파수의 투과 계수를 나타내는 그래프이다

도 6을 참고하여 설명하면, 주파수 선택층(40)(FSS)의 주파수 투과계수는 r이 5 mm이고 p가 15 mm일 때, 11.7 GHz에서 투과 계수가 0 dB인 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시예에 다른 주파수 선택층(40)(FSS)에서는 전자파가 모두 투과되는 것을 알 수 있다.

도 7은 도 5의 패치 안테나의 반사 계수를 나타내는 그래프이다.

도 7를 참고하여 설명하면, 도 5에 도시된 마이크로 스트립 안테나(20)의 반사 특성은 -10 dB 이하 기준으로 11.7 GHz에서 공진 하는 것을 알 수 있다.

여기서, 마이크로 스트립 안테나(20)의 방사 특성이 -10dB라는 것은 마이크로 스트립 안테나(20)가 90%이상 방사하고 있다는 것을 나타낸다.

도 8a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 구조물의 반사 특성을 나타내는 그래프이고, 도 8b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 구조물의 이득 특성을 나타내는 그래프이다.

도면 8a에서와 같이　도면 4의 구조도 11.7 GHz에서 공진을 한다. 따라서, 주파수 선택층(40)(FSS)는 마이크로 스트립 안테나(20)의 방사에 영향을 주지 않는 다는 것을 알 수 있다.

또한, 도면 8b를 참고하면, 본 실시예에 따른 주파수 선택층(40)(FSS)을 포함하는 안테나 구조물(100)은 주파수 선택층을 포함하지 않은 안테나 구조물에 비하여 그 주파수 이득이 대략 10 dB 높은 18 dB를 가지는 것을 알 수 있다.

도 9는 본 발명의 제 2실시예에 따른 안테나 구조물의 분해 사시도이다.

다만, 본 발명의 제2 실시예는 본 발명의 제1 실시예와 강화층(50)을 제외하고는 동일한 구성으로 이루어 지므로, 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 안테나 구조물(200)은 주파수 선택층(40)(FSS) 위 쪽에 설치되는 강화층(50)을 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 강화층(50)은 유리섬유복합체(유전층)을 포함할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따르면 강화층(50)은 안테나 구조물(200)의 가장 바깥쪽에 설치되어 주파수 선택층(40)(FSS)을 보호하여 안테나 구조물(200)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.

상기와 같이, 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않는다. 즉, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

10: 지지층 20: 마이크로 스트립 안테나
30: 하니콤 40: 주파수 선택층
41: 슬롯 50: 강화층
100, 200: 안테나 구조물

Claims (5)

1. 지지층;
   상기 지지층에 결합되는 방사체가 포함된 마이크로 스트립 안테나;
   상기 마이크로 스트립 안테나에 결합되고 복 수의 홀이 형성된 하니콤; 및
   상기 하니콤에 결합되고 복 수의 슬롯이 형성된 주파수 선택층;을 포함하는 안테나 구조물.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 지지층은, 유리섬유 강화 복합재 또는 탄소 섬유 강화 복합재 중 하나를 포함하는 안테나 구조물.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 주파수 선택층의 슬롯의 모양은 원형인 안테나 구조물.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 주파수 선택층의 슬롯의 모양은 사각형인 안테나 구조물.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 주파수 선택층의 슬롯의 모양은 세모인 안테나 구조물

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