KR20140007934A - 슬롯 커플 방식 방사체 및 이를 포함하는 안테나 - Google Patents

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Abstract

반사판의 슬롯을 통하여 전력을 급전받고 간단하게 제조되는 방사체 및 이를 포함하는 안테나가 개시된다. 상기 안테나는 반사판 및 방사체를 포함한다. 상기 방사체는 상기 반사판의 제 1 면 위에 배열된 급전부들, 상기 반사판과 평행하거나 상기 반사판을 향하여 기울어지도록 상기 급전부들로부터 연장된 제 1 방사 소자 및 제 2 방사 소자 및 상기 급전부들을 지지하는 제 1 기저판 및 제 2 기저판을 포함한다. 여기서, 상기 기저판들은 상기 반사판과 용량적으로 커플링된다.

Description

슬롯 커플 방식 방사체 및 이를 포함하는 안테나{APERTURE COUPLED RADIATOR AND ANTENNA INCLUDING THE SAME}
본 발명은 슬롯 커플 방식 방사체 및 이를 포함하는 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반사판의 슬롯을 통하여 전력을 급전받고 간단하게 제조되는 방사체 및 이를 포함하는 안테나에 관한 것이다.
안테나, 특히 기지국용 안테나는 복수의 방사체들을 포함하며, 상기 방사체들로부터 출력된 빔을 이용하여 신호를 송수신한다. 여기서, 상기 방사체들은 일반적으로 상기 안테나에서 접지 역할을 수행하는 반사판에 직접적으로 연결되는 구조로 구현되며, 그 결과 금속들의 접촉으로 인한 상호 변조 왜곡(Passive Intermodulation, PIMD)이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 상기 방사체로 전력을 공급하는 급전 선로가 상기 방사체의 발룬부에 납땜을 통하여 연결되므로, 상기 납땜 공정을 수행하기 위하여 상기 방사체를 특정 물질, 예를 들어 주석으로로 도금하여야 했다. 결과적으로, 상기 방사체를 제조하는 비용이 증가하였다.
본 발명은 방사체와 반사판 사이에 물리적인 연결을 요구하지 않으므로, 상호 변조 왜곡(PIMD) 문제가 발생되지 않을 수 있다. 또한, 방사체가 하나의 금속판을 절단하고 절곡하여 형성되므로, 저가로 구현될 수 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 태양에 따른 안테나는 반사판, 다이폴 방사체 및 마이크로스트립 급전 트랙을 포함한다. 상기 급전 트랙은 상기 반사판에 수직이고 상기 반사판의 슬롯의 반대 측면들에 위치한 2개의평행 금속 스트립들을 포함한다. 상기 스트립들은 평행한 기저판들에 연결되며, 상기 반사판으로부터 근접하여 이격된다. 각 평행 스트립은 상기 스트립과 동일 평면이나 90도로 배열된 방사체에 직접적으로 연결된다.
마이크로스트립 급전 트랙은 상기 반사판의 반대면에 위치하고, 슬롯까지 연장되며, 중심에서 작은 치수로 상기 슬롯을 교차한다. 상기 급전 트랙은 개방 회로에서 약 λ/4 만큼 종단되어 상기 슬롯 이상으로 연장된다. λ/4 연장은 급전 트랙으로부터 슬롯을 통한 급전부까지의 커플링을 최대화하기 위하여 적용될 수 있는 매칭 스터브를 의미한다.
공기층은 급전부들 사이에 존재하고, 공기층은 기저판들과 상기 반사판 사이에 존재한다. 또한, 공기층은 급전 트랙과 상기 반사판 사이에 존재할 수도 있다.
방사 소자들, 급전 스트립들 및 기저판들은 모두 사각형 형상을 가질 수 있다.
상기 기저판, 급전부 및 방사 소자는 하나의 금속편으로부터 만들어지고, 상기 기저판을 위해 한번 절곡을 요구한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 본 발명의 안테나는 반사판, 다이폴 방사체 및 마이크로 스트립 급전 트랙을 포함한다. 상기 급전부는 상기 반사판에 수직이면서 반사판의 슬롯의 반대편들에 위치한 2개의 평행 금속 스트립들로 이루어진다. 상기 급전부들은 평핸항 기저판들에 연결되나, 상기 반사판으로부터 밀접하게 이격된다. 각 평행 스트립은 상기 급전 스트립들과 동일 평면에 있는 다이폴 방사 소자들에 직접적으로 연결되나, 90도 차이를 가진다. 급전 스트립과 다이폴 방사체의 연결에서 코너는 방사 소자와의 임피던스 정합을 가지도록 모서리진다.
마이크로스트립 급전 트랙은 상기 반사판의 반대면에 위치하며, 슬롯까지 연장되고, 중심에서 좁은 치수로 상기 슬롯을 교차한다. 상기 급전 트랙은 약 λ/4 만큼 종단되어 상기 슬롯 이상으로 연장된다. λ/4 연장은 급전 트랙으로부터 슬롯을 통한 급전부까지의 커플링을 최대화하기 위하여 적용될 수 있는 매칭 스터브를 의미한다.
제 1 유전체층은 다이폴을 위한 평행 급전 스트립들 사이에 존재할 수 있고, 제 2 유전체층은 상기 기저판들과 상기 반사판 사이에 존재한다. 제 3 유전체층은 상기 반사판의 슬롯 내에 존재한다.
상기 다이폴 방사 소자들, 다이폴 급전 스트립들 및 상기 기저판들은 모두 사각형 형상을 가진다.
상기 기저판, 다이폴 급전 스트립 및 다이폴 방사 소자는 하나의 금속편으로부터 만들어지며, 상기 기저판을 위해 한번 절곡을 요구한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 안테나는 반사판, 다이폴 방사체 및 마이크로스트립 급전 트랙을 포함한다. 급전부들으 반사판에 수직하면서 반사판의 슬롯의 반대측면들에 위치한 2개의 평행 금속 스트립들을 포함한다. 상기 스트립들은 평행한 기저판들에 연결되나, 상기 반사판으로부터 밀접하게 이격된다. 각 평행 스트립은 절곡된 방사 소자들에 직접적으로 연결되며, 상기 방사 소자의 넓은 표면은 상기 반사판에 평행하다. 상기 방사 소자들은 상기 반사판에 평행한 평면 위에서 절곡될 수 있어서 상기 반사판을 향하여 기울어진다. 이것은 방사 소자를 위한 임피던스 정합을 지원한다.
마이크로스트립 급전 트랙은 상기 반사판의 반대면에 위치하며, 슬롯까지 연장되고, 중심에서 좁은 치수로 상기 슬롯을 교차한다. 상기 급전 트랙은 약 λ/4 만큼 종단되어 상기 슬롯 이상으로 연장된다. λ/4 연장은 급전 트랙으로부터 슬롯을 통한 급전부까지의 커플링을 최대화하기 위하여 적용될 수 있는 매칭 스터브를 의미한다.
제 1 유전체층은 다이폴을 위한 평행 급전 스트립들 사이에 존재할 수 있고, 제 2 유전체층은 상기 기저판들과 상기 반사판 사이에 존재한다. 제 3 유전체층은 상기 반사판의 슬롯 내에 존재한다.
상기 방사 소자들은 테이퍼지며 (나비 형상을 가지며), 즉 방사 소자들의 폭은 급전 종단에서 가장 좁고 그의 종단에서 가장 넓다. 상기 평행 급전 스트립들 또한 테이퍼질 수 있고, 상기 반사판에 가까울 수록 넓어지고 방사 소자들에서 가장 좁을 수 있다. 상기 기저판들 또한 테이퍼질 수 있으며, 급전 스트립들에서 가징 좁고 상기 급전 스트립들로부터 멀어지는 기저판의 종단에서 가장 넓다.
상기 기저판, 다이폴 급전 스트립, 방사 소자는 하나의 금속편으로부터 만들어지고, 상기 지거판과 상기 급전 스트립의 연결에서 절곡을 요구하며, 상기 급전 스트립과 상기 방사 소자의 연결 지점에서 절곡된다.
본 발명에 따른 방사체는 반사판 또는 급전 트랙에 물리적으로 연결되지 않으므로, 상호 변조 왜곡(PIMD)이 발생되지 않고 상기 방사체의 제조 비용이 감소할 수 있는 장점이 있다. 결과적으로, 상기 안테나의 수율이 향상되고 상기 안테나의 제조 비용이 감소될 수 있다.
또한, 방사체 제조시 납땜 공정을 수행하지 않으므로, 상기 방사체를 무도금될 수 있다. 따라서, 상기 방사체의 제조 비용이 감소될 수 있다.
게다가. 상기 급전부, 기저판, 급전부 및 방사 부재가 하나의 금속편을 절곡시키는 간단한 방법을 통하여 제조되므로, 상기 방사체를 제조하는 시간 및 비용이 감소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 안테나를 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 안테나의 전기적인 특성을 도시한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 대역에서의 방사체를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 안테나의 전기적인 특성을 도시한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 안테나를 도시한 사시도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 7의 안테나의 전기적인 특성을 도시한 도면들이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 안테나를 도시한 사시도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 10의 안테나의 전기적인 특성을 도시한 도면들이다.
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 안테나를 도시한 사시도이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 13의 안테나의 전기적인 특성을 도시한 도면들이다.
부호의 설명
100 : 반사판 102 : 방사체
104 : 급전 트랙 110, 112 : 급전부
114, 116 : 방사 소자 118, 120 : 기저판
130 : 슬롯 142 : 정합 스터브
700 : 반사판 702 : 방사체
704 : 급전 트랙 710, 712 : 급전부
714, 716 : 방사 소자 718, 720 : 기저판
730 : 슬롯 734 : 지지부
1000 : 반사판 1002 : 방사체
1010, 1012 : 급전부 1014, 1016 : 방사 소자
1018, 1020 : 기저판 1030 : 슬롯
1034 : 지지부 1032, 1040 : 유전체층
1300 : 반사판 1302 : 방사체
1310, 1312 : 급전부 1314, 1316 : 방사 소자
1318, 1320 : 기저판 1330 : 슬롯
1334 : 지지부 1332, 1340 : 유전체층
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 안테나를 도시한 사시도이다.
도 1(A)를 참조하면, 본 실시예의 안테나는 예를 들어 기지국용 안테나이며, 반사판(100), 방사체(102) 및 급전 트랙(104)을 포함한다. 도 1에서는 하나의 방사체(102)만을 도시하였으나, 복수의 방사체들이 반사판(100) 위에 배열될 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위하여 하나의 방사체(102)만이 반사판(100) 위에 배열된 것으로 가정하겠다.
반사판(100)은 반사체 및 접지로서 역할을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사판(100)의 일부에는 도 1(A) 및 도 1(B)에 도시된 바와 같이 어퍼쳐(aperture)의 일예로서 슬롯(130)이 형성되어 있다. 여기서, 슬롯(130)은 사각형 형상 등 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 슬롯(130)의 길이 및 폭은 급전 트랙(104)과 급전부 사이의 커플링을 최대화하고 임피던스 정합되도록 가변될 수 있다.
방사체(102)는 반사판(100)의 상면 위에 배열되며, 소정 방사 패턴을 출력시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방사체(102)는 간단한 구조를 가지는 저가형 방사체로서, 제 1 급전부(110), 제 2 급전부(112), 제 1 방사 소자(114), 제 2 방사 소자(116), 제 1 기저판(118) 및 제 2 기저판(120)을 포함한다.
제 1 급전부(110)는 급전 트랙(104)으로부터 커플링 방식을 통하여 공급된 전력을 제 1 방사 소자(114)로 전달하는 역할을 수행하며, 예를 들어 도 1(A)에 도시된 바와 같이 금속편(piece of metal)으로 이루어질 수 있다.
제 2 급전부(112)는 급전 트랙(104)으로부터 커플링 방식을 통하여 공급된 전력을 제 2 방사 소자(116)로 전달하는 역할을 수행하며, 예를 들어 도 1(A)에 도시된 바와 같이 금속편으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(112) 사이에는 공기층(132)이 존재할 수 있으며, 즉 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(112)가 소정 거리만큼 이격되어 배열된다. 특히, 급전부들(110 및 112) 사이의 공간은 슬롯(130)의 공간에 대응한다. 급전부들(110 및 112) 사이의 거리는 다양하게 변형될 수 있고 슬롯(130)의 폭에 해당할 필요가 없다.
제 1 방사 소자(114)는 제 1 급전부(110)와 전기적으로 연결되며, 예를 들어 제 1 급전부(110)에 수직한 방향으로 하여 제 1 급전부(110)에 연결될 수 있다. 또한, 제 1 방사 소자(114)는 반사판(100)을 향하여 상기 반사판에 평행하게 수직한 방향으로부터 기울어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 기저판(118), 제 1 급전부(110)와 제 1 방사 소자(114)는 예를 들어 알루미늄 금속판을 금속편으로 절단한 후 상기 금속편을 절곡시킴에 의해 형성될 수 있다. 그런 후, 기저판(118)이 급전부(110)에 수직하도록 절곡될 수 있다.
제 2 방사 소자(116)는 제 2 급전부(112)와 전기적으로 연결되며, 예를 들어 제 2 급전부(112)에 수직한 방향으로 하여 제 2 급전부(112)에 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 기저판(120), 제 2 급전부(112)와 제 2 방사 소자(116)는 금속판을 금속편으로 절단한 후 상기 금속편을 절곡시킴에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 방사 소자들(114 및 116)은 예를 들어 반사판(100)의 상면으로부터 약 λ/4만큼 이격되어 배열될 수 있다.
제 1 기저판(118)은 제 1 급전부(110)를 지지하는 역할을 수행하며, 도체이다.
제 2 기저판(120)은 제 2 급전부(112)를 지지하는 역할을 수행하며, 도체이다.
본 발명의 일 실시에에 따르면, 각 기저판들(118 및 120)은 도 1(C)에 도시된 바와 같이 반사판(100)으로부터 이격되어 배열된다. 즉, 각 기저판들(118 및 120)과 반사판(100) 사이에는 공기층이 존재한다. 결과적으로, 각 기저판들(118 및 120)은 반사판(100)과 용량 결합된다. 한편, 각 기저판들(118 및 120)이 반사판(100)으로 이격되어 있으므로, 도시하지는 않았지만 방사체(102)를 지지하기 위한 지지체가 별도로 존재할 것이다.
급전 트랙(104)은 도 1(D)에 도시된 바와 같이 반사판(100)의 배면에 배열되며, 예를 들어 마이크로스트립 라인으로 구현될 수 있다. 즉, 급전 트랙(104)은 반사판(100) 위에 순차적으로 배열된 유전체층 및 도전층으로 이루어질 수 있다.
급전 트랙(104)은 도 1(D)에 도시된 바와 같이 슬롯(130)까지 길이 연장되어 배열될 수 있다. 기지국 어레이 안테나에서, 급전 트랙(104, 마이크로스트립 라인)은 배열 분배 네트워크에 연결될 수 있다. 싱글 방사체를 위해, 상기 마이크로스트립 라인은 소스가 안테나에 연결되도록 동축 커넥터에 종단될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 정합 스터브(142)가 급전 트랙(104)에 연결되어 형성될 수 있다. 정합 스터브(142)는 예를 들어 λ/4 길이를 가질 수 있으며, 임피던스 정합 및 급전 트랙(104)을 통하여 공급된 전력을 슬롯(130)을 통하여 급전부들(110 및 112)로 최대로 전달시키는 역할을 수행한다. 즉, 정합 스터브(142)는 슬롯(130)에서 급전부들(110 및 112)로 전달되는 전력을 최대화시킨다.
이하, 급전 과정을 살펴보겠다.
급전 트랙(104)을 통하여 전력이 공급되면 슬롯(130)이 여기되어 슬롯(130)에 필드가 형성된다. 이어서, 슬롯(130) 내의 필드는 기저판들(118 및 120)을 매개로 하여 급전부들(110 및 112)을 직접적으로 여기시킨다. 즉, 급전 트랙(104)의 전력이 슬롯(130) 및 기저판들(118 및 120)을 통하여 급전부들(110 및 112)로 전달된다.
이어서, 급전부들(110 및 112)의 전력이 방사 소자들(114 및 116)로 급전되며, 그 결과 방사체(102)로부터 소정 방사 패턴이 출력된다.
한편, 급전부들(110 및 112), 기저판들(118 및 120) 및 슬롯(130)은 임피던스 정합을 고려하여 다양한 사이즈로 구현될 수 있다.
정리하면, 본 발명의 안테나는 급전 트랙(104) 및 슬롯(130)을 이용하여 급전부들(110 및 112)로 전력을 급전하며, 반사판(100)과 방사체(102) 사이에 직접적인 물리적인 연결이 존재하지 않는다. 따라서, 금속과 금속이 접촉으로 인한 상호 변조 왜곡(Passive Intermodulation, PIMD)이 발생되지 않을 수 있다. 결과적으로, PIMD가 발생되지 않으므로, 상기 안테나의 수율이 향상될 수 있고 제조 비용이 감소할 수 있다.
또한, 기저판(118 또는 120), 급전부(110 또는 112) 및 방사 소자(114 또는 116)가 금속편을 절곡함에 의해 형성되므로, 방사체(102)를 제조하기가 간단하고 제조 비용이 감소할 수 있다. 종래의 안테나를 살펴보면, 급전 선로가 상기 발룬부에 납땜 방식으로 연결되기 때문에, 상기 납땜을 위하여 소정 물질, 예를 들어 주석으로 방사체를 도금하여야 했다. 그러나, 본 발명의 방사체(102)에서는 납땜 과정이 필요치 않으므로, 방사체(102)를 도금할 필요가 없어서 방사체(102)의 제조 비용이 감소할 수 있다.
즉, 본 발명의 안테나는 저가로 구현되면서도 높은 수율을 유지할 수 있고, 우수한 전기적인 특성을 가질 수 있다. 또한, 방사체(102)도 저가로 구현될 수 있으며, 무도금 처리될 수 있다.
또한, 방사 소자들(114 및 116)의 형상 및 사이즈는 공진 주파수 및 설계 목적을 고려하여 다양하게 변형될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 안테나의 전기적인 특성을 도시한 도면들이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 안테나가 790㎒ 내지 960㎒ 대역을 구현하고 넓은 임피던스 매칭이 이루어짐을 확인할 수 있다. 특히, 790㎒ 내지 960㎒ 대역에서 S11은 -16.7㏈이하이며, 즉 상기 안테나는 우수한 임피던스 매칭 특성을 가진다.
도 3을 참조하면, 도 1의 방사체(102)를 포함하는 안테나의 3㏈ 빔폭은 85.5도이고, 방향성은 8㏈i이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 대역에서의 방사체를 도시한 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 안테나의 전기적인 특성을 도시한 도면들이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 안테나는 도 1의 안테나와 동일한 구조를 가지되, 도 1의 안테나보다 고주파 대역을 구현한다. 여기서, 방사 소자들의 길이(예를 들어, 약 λ/4 길이임)는 도 1의 방사 소자들(114 및 116)보다 작으나, 급전부의 폭은 크게 변화되지 않는다. 다만, 상기 급전부의 폭은 평행 스트립 급전 라인의 임피던스 특징을 유지하기 위하여 거의 변화되지 않는다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 안테나가 1710㎒ 내지 2170㎒ 고주파 대역을 구현하고 넓은 임피던스 매칭을 이루고 있음을 확인할 수 있다. 특히, 1710㎒ 내지 2170㎒ 대역에서 S11은 -11.8㏈이하로서, 우수한 임피던스 특성을 가진다.
도 6을 참조하면, 상기 안테나의 3㏈ 빔폭은 105.1도이고, 방향성은 7.9㏈i이다.
한편, 도 6에서 교차 편파(cross-polarization)가 저주파 대역을 구현한 도 1의 안테나보다 약간 높음을 확인할 수 있다. 이것은 주로 방사 소자로부터 방사된 필드에 수직한 상기 평행 전송 급전 선로에서 여기된 필드로부터의 방사 때문이다. 도 6에 도시된 방사 패턴을 위해, 상기 방사 소자는 주 편파가 수직하도록 수직하게 형성된다. 따라서, 상기 평행 전송 급전 선로에서의 필드는 수평적이고, 이것은 도 6에서 수평적으로 편파된 크로스-편파 방사의 주요 원인이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 안테나를 도시한 사시도이다.
도 7(A) 및 도 7(B)를 참조하면, 본 실시예의 안테나는 반사판(700), 방사체(702) 및 급전 트랙(704)을 포함한다.
방사체(702)를 제외한 나머지 구성요소들은 제 1 실시예에서와 동일하므로, 이하 동일한 구성요소들에 대한 자세한 설명은 생략하겠다.
방사체(702)는 급전부들(710 및 712), 방사 소자들(714 및 716), 기저판들(718 및 720) 및 지지부(734)를 포함한다.
지지부(734)는 도 7(C)에 도시된 바와 같이 기저판들(718 및 720)을 지지하는 역할을 수행하며, 바람직하게는 분리된 2개의 서브 지지부들이 기저판들(718 및 720)을 각기 지지한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 지지부(734)는 유전 물질로 이루어지며, 예를 들어 PTFE 스페이서(Poly Tetra Fluoro Ethylene Spacer)로 이루어질 수 있다. 여기서, 기저판들(718 및 720)과 반사판(700) 사이에 지지부(734)를 배열시킬 때의 기저판들(718 및 720)의 사이즈는 제 1 실시예에서와 같이 기저판들(118 및 120)과 반사판(100) 사이에 공기층을 배열시킬 때의 기저판들(118 및 120)의 사이즈보다 작아진다. 이것은 지지부(734)의 유전 상수가 공기층의 유전 상수보다 커서 기저판들(718 및 720)과 반사판(700) 사이의 캐패시턴스가 증가하였기 때문이다.
정리하면, 본 실시예의 안테나에서는 방사체(702)를 반사판(700)에 안정적으로 고정시키기 위하여 지지부(734)로 기저판들(718 및 720)을 지지시킨다. 물론, 슬롯(730)을 통한 커플링 급전 방법은 제 1 실시예에서와 동일하다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 7의 안테나의 전기적인 특성을 도시한 도면들이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 안테나는 제 1 실시예의 안테나에서와 유사하게 790㎒ 내지 960㎒ 대역을 구현하고 넓은 임피던스 매칭이 이루어졌음을 확인할 수 있다. 이 경우, 790㎒ 내지 960㎒ 대역에서 S11은 -15㏈이하로서, 우수한 임피던스 정합 특성을 가진다.
도 9를 참조하면, 상기 안테나의 3㏈ 빔폭은 85.5도이고, 방향성은 8㏈i이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 안테나를 도시한 사시도이다.
도 10(A) 및 도 10(B)를 참조하면, 본 실시예의 안테나는 반사판(1000), 방사체(1002) 및 급전 트랙을 포함한다. 급전 트랙을 포함한 반사판(1000)의 배면의 구조는 제 1 실시예에서와 동일하므로 도 10에 도시하지 않았다.
방사체(1002)는 제 1 급전부(1010), 제 2 급전부(1012), 제 1 방사 소자(1014), 제 2 방사 소자(1016), 제 1 기저판(1018) 및 제 2 기저판(1020)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기저판들(1018 및 1020)과 반사판(1000) 사이에 도 10(C)에 도시된 바와 같이 지지부(1034)가 존재할 수 있으며, 즉 지지부(1034)가 기저판들(1018 및 1020)을 지지한다. 여기서, 지지부(1034)는 PTFE 유전 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 급전부들(1010 및 1012) 사이에 공기층이 아닌 소정 유전 상수를 가지는 유전체층(1032)이 존재할 수 있다. 바람직하게는, 유전체층(1032)은 급전부들(1010 및 1012) 사이에 전부 채워진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 반사판(1000)의 슬롯(1030)에 소정 유전율을 가지는 유전체층(1040)이 형성될 수 있으며, 즉 슬롯(1030)에 유전체 물질이 채워진다.
정리하면, 급전부들(110 및 112) 사이, 슬롯(130) 공간, 기저판들(118 및 120)과 반사판(100) 사이가 각기 공기층으로 이루어졌던 제 1 실시예에서와 달리, 본 실시예에서는 급전부들(1110 및 1112) 사이, 슬롯(1130) 공간, 지지부들(1118 및 1120)과 반사판(1000) 사이가 각기 유전체층으로 이루어진다. 여기서, 급전부들(1110 및 1112) 사이, 슬롯(1130) 공간, 기저판들(1118 및 1120)과 반사판(1000) 사이에 존재하는 각 유전체층은 예를 들어 PTFE 유전 물질로서 모두 동일한 유전 물질로 이루어질 수도 있고, 서로 다른 유전 물질로 이루어질 수도 있다.
급전부들(1110 및 1112)에 의해 형성된 평행 스트립 전송 라인에서의 유전체의 이용은 동일한 임피던스 특성을 실현하도록 공기 공간이 사용되는 경우에 비하여 폭이 감소될 수 있다는 것을 의미한다. 상기 전송 급전 선로의 폭의 감소는 해당 소자가 더 큰 주파수 범위에서 사용될 수 있음을 의미한다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 10의 안테나의 전기적인 특성을 도시한 도면들이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 안테나가 고주파 대역인 1710㎒ 내지 2170㎒ 대역을 구현하고 넓은 임피던스 정합이 이루어짐을 확인할 수 있다. 1710㎒ 내지 2170㎒ 대역에서 S11은 -10㏈이하이다. 특히, 본 실시예의 임피던스 정합은 우수하다.
도 12를 참조하면, 상기 안테나의 3㏈ 빔폭은 103.6도이고, 방향성은 7.9㏈i이다. 또한, 교차 편파 특성은 공기층으로 이루어진 도 1의 안테나보다 훨씬 높음을 확인할 수 있으며, 이것은 상기 전송 급전 선로의 종단으로부터의 크로스-편파 방사로 인해서이다.
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 안테나를 도시한 사시도이다.
도 13(A)를 참조하면, 본 실시예의 안테나는 반사판(1300), 방사체(1302) 및 급전 트랙을 포함한다. 다만, 상기 급전 트랙 및 반사판(1300)의 배면 구조는 제 1 실시예에서와 동일하므로, 이하 반사판(1300)의 배면 구조에 대한 설명은 생략하겠다.
방사체(1302)는 교차 편파 방사를 감소시킬 수 있는 구조를 가지며, 급전부들(1310 및 1312), 방사 소자들(1314 및 1316), 기저판들(1318 및 1320) 및 지지부들(1334 및 1336)을 포함한다.
급전부들(1310 및 1312) 사이에는 소정 유전 물질로 이루어진 유전체층이 배열된다.
제 1 방사 소자(1314)는 도 13(B)에 도시된 바와 같이 급전부(1310)에 대하여 약 90도 이상의 각도로 절곡된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 방사 소자(1314)는 해당 급전부로부터 그의 종단으로 폭을 가변시킬 수 있으며, 이는 선형 가변 또는 소정의 다른 프로파일을 가지도록 할 수 있다. 또한, 제 1 방사 소자(1314)는 도 13(B)에 도시된 바와 같이 수평면으로부터 α각도만큼 반사판(1300) 방향으로 기울어지도록 형성될 수 있다.
제 2 방사 소자(1316)는 제 1 방사 소자(1314)와 비슷한 방식으로 절곡된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 방사 소자(1316)는 해당 급전부로부터 그의 종단으로 폭을 가변시킬 수 있으며, 이는 선형 가변 또는 소정의 다른 프로파일을 가지도록 할 수 있다. 또한, 제 2 방사 소자(1316)는 도 13(B)에 도시된 바와 같이 수평면으로부터 α각도만큼 반사판(1300) 방향으로 기울어지도록 형성될 수 있다. 다만, 제 2 방사 소자(1316)의 기울기는 제 1 방사 소자(1314)와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
방사 소자들(1314 및 1316)을 전체적으로 살펴보면, 방사 소자들(1314 및 1316)은 나비 형상을 가지며, 도 13에 도시된 바와 같이 수평면으로부터 반사판(1300) 방향으로 소정 각도만큼 기울어져 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 방사 소자들(1314 및 1316)은 각기 삼각형 이외의 형상을 가질 수 있다.
기저판(1318 또는 1320)은 해당 급전부(1310 또는 1312)의 종단에 연결되며, 반사판(1300)과 커플링 방식을 통하여 용량적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기저판들(1318 및 1320)은 방사 소자들(1314 및 1316)과 유사하게 나비 형상을 가질 수 있으며, 테이퍼가 기저판(1318 또는 1320)에 형성된다. 이것은 임피던스 정합 특성을 향상시키기 위해서이다. 즉, 임피던스 정합 특성을 향상시키기 위하여, 방사 소자들(1314 및 1316)은 나비 형상을 가지고 기저판(1318 또는 1320)은 테이퍼져 형성된다.
한편, 기저판(1318 또는 1320)의 사이즈는 방사 소자(1314 또는 1316)보다 작을 수 있다.
이러한 구조의 방사체(1302)를 제조하는 과정을 살펴보면, 급전부(1310 또는 1312), 해당 방사 소자(1314 또는 1316) 및 기저판(1318 또는 1320)은 하나의 금속편을 2번 절곡시킴에 의해 형성될 수 있다. 즉, 방사체(1302)는 제 1 실시예의 방사체(102)와 마찬가지로 간단한 구조를 가지며, 저가로 구현될 수 있다. 물론, 방사체(1302)가 반사판(1300) 또는 급전 트랙과 물리적인 접촉이 없으므로, PIMD도 발생되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기저판(1318 또는 1320)과 반사판(1300) 사이에는 유전 물질로 이루어진 지지부(1334 또는 1336)가 배열된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 반사판(1300)의 슬롯(1330)의 공간에 유전 물질이 채워지며, 즉 슬롯(1330)에 유전체층(1340)이 채워진다.
정리하면, 본 실시예의 방사체(1302)는 나비 형상을 가지는 방사 소자들(1314 및 1316) 및 기저판들(1318 및 1320)을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 급전부들 사이(1310 및 1312), 기저판들(1318 및 1320)과 반사판(1300) 사이 및 슬롯(1330)의 공간에 유전체층이 형성되지 않고 공기층으로 이루어질 수도 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 13의 안테나의 전기적인 특성을 도시한 도면들이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예의 안테나가 1710㎒ 내지 2170㎒ 대역을 구현함을 확인할 수 있다. 특히, 1710㎒ 내지 2170㎒ 대역에서 S11은 -13㏈이하이며, 임피던스 정합 특성이 우수함을 알 수 있다. .
도 15를 참조하면, 교차 편파 레벨이 슬롯(1330) 내의 필드가 방사체(1302)의 필드와 얼라인되었을 때 상당히 감소하였음을 확인할 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (26)

  1. 반사판; 및
    방사체를 포함하며,
    상기 방사체는,
    상기 반사판의 제 1 면 위에 배열된 급전부들;
    상기 반사판과 평행하거나 상기 반사판을 향하여 기울어지도록 상기 급전부들로부터 연장된 제 1 방사 소자 및 제 2 방사 소자; 및
    상기 급전부들을 지지하는 제 1 기저판 및 제 2 기저판을 포함하되,
    상기 기저판들은 상기 반사판과 용량적으로 커플링되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 급전 트랙은 상기 슬롯까지 형성되고, 상기 안테나는 상기 급전 트랙으로부터 길이 연장된 정합 스터브를 더 포함하며, 상기 급전 트랙으로 전력이 공급되면 상기 슬롯의 공간 내에 필드가 형성되고, 상기 슬롯 내의 필드가 상기 기저판들 및 상기 급전부들을 통하여 상기 방사 소자들로 급전되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  3. 제1항에 있어서, 상기 급전부들 사이에는 공기층이 존재하거나 제 1 유전 물질이 채워지고, 상기 기저판들과 상기 반사판 사이에 공기층이 존재하거나 제 2 유전 물질이 채워지며, 상기 반사판의 슬롯의 공간에 공기층이 존재하거나 제 3 유전 물질이 채워지는 것을 특징으로 하는 안테나.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방사 소자들은 해당 급전부로부터 그들의 종단으로 가변되는 폭을 가지며, 상기 기저판들은 해당 급전부로부터 그들의 종단으로 가변되는 폭을 가지되,
    상기 방사 소자들은 상기 급전부의 수평면으로부터 상기 반사판 방향으로 소정 각도만큼 기울어져 배열되며, 상기 제 1 기저판, 상기 급전부들 중 제 1 급전부 및 상기 제 1 방사 소자는 하나의 금속편을 절곡시킴에 의해 제조되고, 상기 제 2 기저판, 상기 급전부들 중 제 2 급전부 및 상기 제 2 방사 소자는 하나의 금속편을 절곡시킴에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방사 소자들은 상기 반사판으로부터 λ/4만큼 이격되되, λ은 상기 안테나로부터 출력되는 빔의 중심 주파수 파장인 것을 특징으로 하는 안테나.
  6. 반사판;
    상기 반사판의 제 1 면 위에 배열된 방사체; 및
    상기 반사판의 면들 중 상기 제 1 면과 대향하는 제 2 면 위에 배열된 급전 트랙을 포함하며,
    상기 방사체는,
    상기 반사판의 제 1 면 위에 배열된 급전부들;
    상기 급전부들을 지지하는 제 1 기저판 및 제 2 기저판; 및
    상기 반사판과 평행하게 또는 상기 반사판을 향하여 기울어지도록 상기 급전부들로부터 연장된 제 1 방사 소자 및 제 2 방사 소자를 포함하되,
    상기 반사판의 일면 위에는 슬롯이 형성되고, 상기 급전 트랙을 통하여 공급된 전력이 상기 반사판의 슬롯을 통하여 상기 방사 소자들로 급전되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  7. 제6항에 있어서, 상기 급전 트랙은 상기 슬롯까지 형성되고, 상기 안테나는 상기 급전 트랙으로부터 길이 연장된 정합 스터브를 더 포함하며, 상기 급전 트랙으로 전력이 공급되면 상기 슬롯의 공간 내에 필드가 형성되고, 상기 슬롯 내의 필드가 상기 기저판들 및 상기 급전부들을 통하여 상기 방사 소자들로 급전되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  8. 제6항에 있어서, 상기 급전부들 사이에는 공기층이 존재하거나 제 1 유전 물질이 채워지고, 상기 기저판들과 상기 반사판 사이에 공기층이 존재하거나 제 2 유전 물질이 채워지며, 상기 반사판의 슬롯의 공간에 공기층이 존재하거나 제 3 유전 물질이 채워지는 것을 특징으로 하는 안테나.
  9. 제6항에 있어서, 상기 방사 소자들은 해당 급전부로부터 그들의 종단으로 가변되는 폭을 가지고, 상기 기저판들은 해당 급전부로부터 그들의 종단으로 가변되는 폭을 가지되,
    상기 방사 소자들은 상기 급전부의 수평면으로부터 상기 반사판의 방향으로 소정 각도만큼 기울어져 배열되며, 상기 제 1 기저판, 상기 급전부들 중 제 1 급전부 및 상기 제 1 방사 소자는 하나의 금속편을 절곡시킴에 의해 제조되고, 상기 제 2 기저판, 상기 급전부들 중 제 2 급전부 및 상기 제 2 방사 소자는 하나의 금속편을 절곡시킴에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  10. 제6항에 있어서, 상기 방사 소자들은 상기 반사판으로부터 λ/4만큼 이격되되, λ은 상기 안테나로부터 출력되는 빔의 중심 주파수의 파장인 것을 특징으로 하는 안테나.
  11. 제6항에 있어서, 상기 제 1 기저판, 상기 급전부들 중 제 1 급전부 및 상기 제 1 방사 소자는 하나의 금속편을 절곡시킴에 의해 제조되고, 상기 제 2 기저판, 상기 급전부들 중 제 2 급전부 및 상기 제 2 방사 소자는 하나의 금속편을 절곡시킴에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  12. 반사판; 및
    상기 반사판의 제 1 면 위에 배열된 방사체를 포함하며,
    상기 방사체는,
    상기 반사판의 제 1 면 위에 배열된 급전부들; 및
    상기 반사판과 평행하게 또는 상기 반사판을 향하여 기울어지도록 상기 급전부들로부터 연장된 제 1 방사 소자 및 제 2 방사 소자를 포함하되,
    상기 방사 소자들은 상기 반사판으로부터 λ/4만큼 이격되되, λ은 상기 안테나로부터 출력되는 빔의 중심 주파수의 파장인 것을 특징으로 하는 안테나.
  13. 제12항에 있어서, 상기 안테나는 상기 반사판의 면들 중 상기 제 1 면과 대향하는 제 2 면 위에 배열된 마이크로스트립 구조의 급전 트랙을 더 포함하되,
    상기 반사판의 일면 위에는 슬롯이 형성되고, 상기 급전 트랙을 통하여 공급된 전력이 상기 슬롯을 통하여 상기 방사 소자들로 급전되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  14. 제12항에 있어서, 상기 방사체는,
    상기 급전부들을 지지하는 제 1 기저판 및 제 2 기저판을 더 포함하되,
    상기 기저판들은 상기 반사판과 용량적으로 커플링되며, 상기 제 1 기저판, 상기 급전부들 중 제 1 급전부 및 상기 제 1 방사 소자는 하나의 금속편을 절곡시킴에 의해 제조되고, 상기 제 2 기저판, 상기 급전부들 중 제 2 급전부 및 상기 제 2 방사 소자는 하나의 금속편을 절곡시킴에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  15. 제14항에 있어서, 상기 급전부들 사이에는 공기층이 존재하거나 제 1 유전 물질이 채워지고, 상기 기저판들과 상기 반사판 사이에 공기층이 존재하거나 제 2 유전 물질이 채워지며, 상기 반사판의 슬롯의 공간에 공기층이 존재하거나 제 3 유전 물질이 채워지는 것을 특징으로 하는 안테나.
  16. 제14항에 있어서, 상기 방사 소자들은 해당 급전부로부터 그들의 종단들로 가변되는 폭을 가지고, 상기 기저판들은 해당 급전부로부터 그들의 종단들로 가변되는 폭을 가지되,
    상기 방사 소자들은 상기 급전부의 수평면으로부터 상기 반사판의 방향으로 소정 각도만큼 기울어져 배열되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  17. 안테나에서 반사판 위에 배열되는 방사체에 있어서,
    상기 반사판의 제 1 면 위에 배열된 급전부들;
    상기 반사판과 평행하게 또는 상기 반사판을 향하여 기울어지도록 상기 급전부들로부터 연장된 제 1 방사 소자 및 제 2 방사 소자; 및
    상기 급전부들을 지지하는 제 1 기저판 및 제 2 기저판을 포함하되,
    상기 기저판들은 상기 반사판과 용량적으로 커플링되는 것을 특징으로 하는 안테나에 사용되는 방사체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 급전부들 사이에는 공기층이 존재하거나 제 1 유전 물질이 채워지고, 상기 기저판들과 상기 반사판 사이에 공기층이 존재하거나 제 2 유전 물질이 채워지며, 상기 반사판의 슬롯의 공간에 공기층이 존재하거나 제 3 유전 물질이 채워지는 것을 특징으로 하는 안테나에 사용되는 방사체.
  19. 제17항에 있어서, 상기 방사 소자들은 해당 급전부로부터 그들의 종단들로 가변되는 폭을 가지고, 상기 기저판들은 해당 급전부로부터 그들의 종단들로 가변되는 폭을 가지되,
    상기 방사 소자들은 상기 급전부의 수평면으로부터 상기 반사판의 방향으로 소정 각도만큼 기울어져 배열되는 것을 특징으로 하는 안테나에 사용되는 방사체.
  20. 제17항에 있어서, 상기 방사 소자들은 상기 반사판으로부터 λ/4만큼 이격되되, λ은 상기 안테나로부터 출력되는 빔의 중심 주파수의 파장인 것을 특징으로 하는 안테나에 사용되는 방사체.
  21. 안테나에서 반사판 위에 배열되는 방사체에 있어서,
    상기 반사판의 제 1 면 위에 배열된 제 1 급전부;
    상기 반사판과 평행하게 또는 상기 반사판을 향하여 기울어지도록 상기 급전부들로부터 연장된 제 1 방사 소자 및 제 2 방사 소자; 및
    상기 급전부들을 지지하는 제 1 기저판 및 제 2 기저판을 포함하되,
    상기 제 1 기저판, 상기 급전부들 중 제 1 급전부 및 상기 제 1 방사 소자는 하나의 금속편을 절곡시킴에 의해 제조되고, 상기 제 2 기저판, 상기 급전부들 중 제 2 급전부 및 상기 제 2 방사 소자는 하나의 금속편을 절곡시킴에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 안테나에 사용되는 방사체.
  22. 제21항에 있어서, 상기 기저판들은 상기 반사판과 용량적으로 커플링되며, 상기 제 1 기저판, 상기 제 1 급전부 및 상기 제 1 방사 소자는 하나의 금속편을 2번 절곡시킴에 의해 제조되고, 상기 제 2 기저판, 상기 제 2 급전부 및 상기 제 2 방사 소자는 하나의 금속편을 2번 절곡시킴에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 안테나에 사용되는 방사체.
  23. 제21항에 있어서, 상기 반사판에는 슬롯이 형성되어 있으며, 상기 급전 트랙을 통하여 공급된 전력은 상기 슬롯, 상기 기저판들 및 상기 급전부들을 통하여 상기 방사 소자들로 급전되는 것을 특징으로 하는 안테나에 사용되는 방사체.
  24. 제21항에 있어서, 상기 급전부들 사이에는 공기층이 존재하거나 제 1 유전 물질이 채워지고, 상기 기저판들과 상기 반사판 사이에 공기층이 존재하거나 제 2 유전 물질이 채워지며, 상기 반사판의 슬롯의 공간에 공기층이 존재하거나 제 3 유전 물질이 채워지는 것을 특징으로 하는 안테나에 사용되는 방사체.
  25. 제21항에 있어서, 상기 방사 소자들은 해당 급전부로부터 그들의 종단들로 가변되는 폭을 가지고, 상기 기저판들은 해당 급전부로부터 그들의 종단들로 가변되는 폭을 가지되,
    상기 방사 소자들은 상기 급전부의 수평면으로부터 상기 반사판의 방향으로 소정 각도만큼 기울어져 배열되는 것을 특징으로 하는 안테나에 사용되는 방사체.
  26. 제21항에 있어서, 상기 방사 소자들은 상기 반사판으로부터 λ/4만큼 이격되되, λ은 상기 안테나로부터 출력되는 빔의 중심 주파수의 파장인 것을 특징으로 하는 안테나에 사용되는 방사체.
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