KR20150045303A - 혼 배열 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혼 배열 안테나에 관한 것이다.
이러한 본 명세서는 하나의 메인 안테나, 및 상기 메인 안테나의 상부에 이격되어 배치된 기판 상에 복수 개의 혼 안테나가 배열되어 있는 서브 안테나를 포함하는 혼 배열 안테나를 개시한다.

Description

혼 배열 안테나{Horn Array Antenna}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혼 배열 안테나에 관한 것이다.

테라헤르츠파 대역의 송수신 모듈은 능동 소자의 부재로 인해 송수신 파워에 한계가 있어, 이러한 시스템에서는 고이득 고효율의 안테나가 요구된다.

현재의 테라헤르츠파 송수신 시스템은 이득 향상을 위해 표준 혼 안테나와 함께 광학 렌즈를 사용하고 있다. 표준 혼 안테나에 광학 렌즈를 결합하면 이득이 크게 향상되는 장점이 있으나, 렌즈의 초점거리(focal length) 만큼 혼 안테나와 렌즈 사이의 거리를 유지하여야 하기 때문에 넓은 공간을 차지하는 단점이 있다. 또한, 광학 렌즈로 인해 안테나 빔폭(beamwidth)이 매우 좁아져, 시스템 정렬(align)이 어려운 단점이 있다.

따라서, 당 기술분야에서는 공간을 절약할 수 있고, 안테나 빔폭을 유지시키면서 이득이 향상되는 안테나가 요구된다.

본 발명의 기술적 과제는 혼 배열 안테나를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 이득은 향상되면서, 빔폭을 유지시킬 수 있는 혼 배열 안테나를 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 혼 배열 안테나가 제공된다. 상기 혼 배열 안테나는 하나의 메인 안테나, 및 상기 메인 안테나의 상부에 이격되어 배치된 기판 상에 복수 개의 혼 안테나가 배열되어 있는 서브 안테나를 포함하도록 구현될 수 있다.

본 발명에 따르면, 혼 배열과 슬롯 배열의 개수, 구조에 따라 이득과 빔폭의 조절이 가능한 혼 배열 안테나를 제공할 수 있다.

또한, 표준 혼 안테나와 유전체 기판, 배열 혼 안테나 사이의 거리가 짧아 광학 렌즈를 사용한 안테나에 비해 공간을 절약할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 혼 배열 안테나의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 혼 배열과 슬롯 배열의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 혼 배열과 슬롯 배열의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 혼 배열과 슬롯 배열의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 혼 배열과 슬롯 배열의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 비교예에 따른 혼 배열 안테나의 사시도 및 시뮬레이션 결과 파형을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 비교예에 따른 혼 배열 안테나의 사시도 및 시뮬레이션 결과 파형을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 배열 안테나의 사시도 및 시뮬레이션 결과 파형을 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이제 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 혼 배열 안테나의 측면도이다.

본 발명에 따른 혼 배열 안테나는 메인 안테나(110), 서브 안테나(130), 서브 안테나 지지부(150)를 포함할 수 있다.

메인 안테나(110)는 일반적인 형태의 표준 혼 안테나로써, 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 하부에서 상부로 갈수록 단면적이 넓어지는 형태의 안테나이다. 또한, 메인 안테나(110)의 단면은 하부와 상부가 모두 정사각형 또는 직사각형 형태를 가질 수 있고, 원형을 가질 수도 있다. 안테나에 따라 하부의 단면과 상부의 단면이 다른 형태를 가질 수 있다.

서브 안테나(130)는 혼 배열(131), 슬롯 배열(133) 및 기판(135)을 포함하여 구성된다.

혼 배열(131)은 일정한 배열을 이루는 복수 개의 안테나들의 배열로 무선 송신 시스템 또는 수신 시스템(이미지 디텍션)의 실질적인 안테나 기능을 수행한다.

슬롯 배열(133)은 혼 배열(311)을 기판(135) 위에 배치하기 위한 패턴들의 배열이다. 슬롯 배열(133)은 일반적으로 기판(135) 위에 도체 재질의 패턴이 식각되어 형성된다.

기판(135)은 혼 배열(131)과 슬롯 배열(133)을 배치하기 위한 기판으로, 일반적으로 유전체로 형성되어 있다. 기판(135)은 메인 안테나(110)와 일정 거리(L)로 이격되어 있다. 기판(135)과 메인 안테나(110)의 거리(L)는 광학 렌즈를 포함하는 표준 혼 안테나에서 광학 렌즈의 초점 거리(focal length)보다 상당히 짧은 거리를 가지면서도 비슷한 이득을 낼 수 있다.

상기 혼 배열(131) 및 슬롯 배열(133)은 다양한 형태 및 구조의 배열로 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 혼 배열과 슬롯 배열의 평면도이다.

혼 배열(231)은 도 2(a)에 도시된 바와 같이 상부면이 원형을 갖는 9개의 혼 안테나들이 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 슬롯 배열(233)은 도 2(b)에 도시된 바와 같이 기판(235) 상에 납작한 직사각형 모양의 9개의 패턴이 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 혼 배열(231)의 바닥면은 슬롯 배열(233)과 같이 납작한 직사각형 형태이고, 상부로 갈수록 원형으로 변형되어 상부면은 원형을 갖는다.

도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 혼 배열과 슬롯 배열의 평면도이다.

혼 배열(331)은 도 3(a)에 도시된 바와 같이 상부면이 마름모 형태를 갖는 9개의 혼 안테나들이 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 슬롯 배열(333)은 도 3(b)에 도시된 바와 같이 기판(335) 상에 납작한 직사각형 모양의 9개의 패턴이 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격을 가지며 비스듬한 형태로 배치될 수 있다. 혼 배열(331)의 바닥면은 슬롯 배열(333)과 같이 납작한 직사각형 형태이고, 상부로 갈수록 마름모 형태로 변형되어 상부면은 마름모를 갖는다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 혼 배열과 슬롯 배열의 평면도이다.

혼 배열(431)은 도 4(a)에 도시된 바와 같이 상부면이 원형을 갖는 9개의 혼 안테나들이 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 슬롯 배열(433)은 도 4(b)에 도시된 바와 같이 기판(435) 상에 원형의 9개의 패턴이 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 혼 배열(431)의 바닥면과 상부면은 모두 원형으로, 상부로 갈수록 단면적이 넓어지는 원뿔대의 모양을 갖는다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 혼 배열과 슬롯 배열의 평면도이다.

혼 배열(531)은 도 5(a)에 도시된 바와 같이 상부면이 정사각형 모양을 갖는 9개의 혼 안테나들이 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 슬롯 배열(533)은 도 5(b)에 도시된 바와 같이 기판(535) 상에 나비 넥타이 모양의 9개의 패턴이 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 혼 배열(531)의 바닥면은 슬롯 배열(333)과 같이 나비 넥타이 형태이고, 상부로 갈수록 정사각형 형태로 변형되어 상부면은 정사각형 모양을 갖는다.

도 2 내지 도 5에 도시된 혼 배열 및 슬롯 배열은 모두 3×3의 정사각형 배열을 갖도록 도시되었지만, 4×3 또는 5×2 등 다양한 구조로 배열될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타냄으로써, 본 발명의 효과를 보다 명확화한다. 다만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것이 아니다.

(비교예 1)

혼 안테나를 도 3(a)과 같은 구조로 구성하여 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션에는 고주파 EM 시뮬레이터인 CST 사의 MWS를 이용하였다. 안테나의 타입은 사선(Diagonal) 혼 안테나를 사용하였다. 안테나의 길이는 26.4mm, 직경(diameter)의 길이는 4.6mm, 도파관(waveguide)의 사이즈는 0.864×0.432mm를 갖는 표준 안테나를 사용하였다. 300GHz의 주파수에서 시뮬레이션한 결과는 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 이득(Gain)은 22dBi, 빔폭(Beamwidth)은 12.3deg 임을 확인하였다.

(비교예 2)

혼 안테나를 도 4와 같은 구조로 구성하여 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션에는 고주파 EM 시뮬레이터인 CST 사의 MWS를 이용하였고, 광학 렌즈의 재질은 폴리에틸렌(Polyethylene)의 재질로 구성된 렌즈를 사용하였다. 안테나의 크기와 모양은 비교예 1과 같은 안테나를 사용하였고, 렌즈의 지름은 12mm를 갖는다. 또한, 안테나와 렌즈 사이의 거리는 36mm의 거리 만큼 떨어지게 구성하였다. 300GHz의 주파수에서 시뮬레이션한 결과는 도4(b)에 도시된 바와 같이, 이득은 28.1dBi, 빔폭은 1.8deg 임을 확인하였다.

(실시예)

혼 안테나를 도 5와 같은 구조로 구성하여 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션에는 고주파 EM 시뮬레이터인 CST 사의 MWS를 이용하였다. 메인 안테나의 크기와 모양은 비교예 1 및 비교예 2에서 사용한 안테나와 같은 안테나를 사용하였다. 서브 안테나 어레이는 도 5에 도시된 바와 같이, 정사각형 모양의 2x2 어레이 구조로 배열하였고, 시브 안테나와 메인 안테나 사이의 거리는 12mm만큼 떨어지도록 구성하였다. 300GHz의 주파수에서 시뮬레이션한 결과, 이득은 26.2dBi, 빔폭은 3.1임을 확인하였다.

상기 비교예 1, 2 및 실시예 1의 측정 결과를 표 1에 비교하여 나타내었다.

	비교예 1	비교예 2	실시예
이득(dBi)	22	28.1	26.2
3dB 빔폭(deg.)	12.3	1.8	3.1

상기 표 1에 나타나 있듯이, 실시예의 혼 안테나는 비교예 1의 혼 안테나에 비하여 이득이 향상되고, 비교예 2의 혼 안테나에 비하여 높은 빔폭값을 나타내었다.

Claims (1)

1. 혼 배열 안테나에 있어서,
   하나의 메인 안테나; 및
   상기 메인 안테나의 상부에 이격되어 배치된 기판 상에 복수 개의 혼 안테나가 배열되어 있는 서브 안테나
   를 포함하는 혼 배열 안테나.

Images