KR20150059110A

KR20150059110A - 안테나 장치

Info

Publication number: KR20150059110A
Application number: KR1020140160566A
Authority: KR
Inventors: 변우진; 조용희; 김광선; 김봉수; 강민수; 임종수
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2015-05-29

Abstract

본 명세서는 안테나 장치를 제공한다. 이러한 본 명세서는 송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나로 분배하는 급전부, OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하는 부반사판 및 상기 생성된 OAM 모드 전자파를 반사하여 원역장으로 복사하는 주반사판을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 개시한다.

Description

안테나 장치{Antenna Apparatus}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반사판 안테나에 관한 것이다.

현재의 무선 통신에 이용되는 대부분의 주파수 대역은 유휴 대역 없이 촘촘하게 능동적으로 활용되고 있다. 현재 인기를 얻고 있는 멀티미디어 데이터 서비스를 확대하기 위해서는 기존 주파수 대역의 사용 효율을 획기적으로 높여야 한다. 이를 위하여 주로 사용되고 있는 방법은 전자파 편파 또는 다중 안테나 특성을 이용하는 것이다. 이 기법을 사용하면 동일한 주파수를 사용하더라도 편파 또는 다중 안테나가 만드는 새로운 채널을 활용할 수 있어, 주파수 사용 효율을 높일 수 있다. 하지만 이러한 기법을 사용하더라도 데이터 속도를 높이기에는 한계가 있으므로 광통신 분야를 중심으로 OAM(Orbital Angular Momentum) 모드를 사용한 새로운 통신 방식이 연구되고 있다. OAM 모드 통신은 주파수, 편파, 다중 안테나 배치 특성 등이 동일하더라도 OAM 모드의 수학적 직교성을 이용하여 통신 신호를 구별할 수 있는 통신 방식이다.

광통신 분야에서 OAM 모드 통신 방식은 무선 통신에 사용되고 있는 비가시 전자파(Non-visible Electromagnetic Wave)와는 다른 특성을 갖는다. 광통신에 사용되는 가시 전자파(Visible Electromagnetic Wave)는 파장이 매우 짧기 때문에 좋은 품질의 렌즈, 홀로그램, 빔 분배기를 만들 수 있지만 비가시 전자파(Non-visible Electromagnetic Wave)는 파장이 상대적으로 크기 때문에 상업적으로 사용될 수 있는 OAM 모드 생성용 안테나의 개발이 어려운 상황이다.

따라서, 본 기술분야에서는 OAM 모드를 용이하게 생성하는 안테나를 제공하는 기술이 요구된다.

본 발명의 기술적 과제는 OAM 모드를 위한 안테나를 용이하게 개발할 수 있는 안테나 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 부반사판을 변형하여 OAM 모드를 생성할 수 있는 안테나 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 기존의 주반사판 및 급전부의 설계를 그대로 활용하여 OAM 모드를 생성할 수 있는 안테나 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 안테나 장치가 제공된다. 상기 안테나 장치는 송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나로 분배하는 급전부, OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하는 부반사판 및 상기 생성된 OAM 모드 전자파를 반사하여 원역장으로 복사하는 주반사판을 포함하여 구현될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 부반사판은 접시의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차가 형성되도록 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 부반사판은 상기 주반사판 상에 이격되어 형성되도록 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 부반사판은 상기 급전부에 의해 지지되도록 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 부반사판은 카세그레인(Cassegrain) 형태를 갖도록 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 부반사판은 그레고리 형태를 갖도록 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 부반사판은 ADE(Axially Displaced Ellipse) 형태로 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 부반사판은 복수의 단차가 형성되도록 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 안테나 장치가 제공된다. 상기 안테나 장치는 송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나로 분배하는 급전부, OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하기 위한 단차가 형성된 부반사판 및 상기 생성된 OAM 모드 전자파를 반사하여 원역장으로 복사하는 주반사판을 포함하여 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 부반사판은 접시의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차가 형성되도록 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 부반사판은 ADE(Axially Displaced Ellipse) 형태를 갖도록 구현될 수 있다.

본 발명에 따르면 기존 안테나의 주반사판 및 급전부의 설계를 그대로 활용하고, 부반사판만을 변형하여 OAM 모드 생성이 가능하므로 안테나의 개발 비용 및 제작 비용을 절감할 수 있다.

또한, 현재까지 다양하게 개발된 주반사판과 급전부 설계 기술을 비가시 전자파용 OAM 모드 발생 반사판 안테나에 능동적으로 활용할 수 있다.

도 1은 OAM 모드 생성 반사판 안테나의 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OAM 모드 생성 반사판 안테나의 구조를 나타낸다.
도 3은 도 2의 실시예에 따른 안테나의 원역장 전자파 계산 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 OAM 모드 생성 반사판 안테나의 구조를 나타낸다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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. 또한, 명세서에 기재된 "...부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이제 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.

도 1은 OAM 모드 생성 반사판 안테나의 구조를 나타낸다. 일반적인 OAM 모드 생성 반사판 안테나는 급전부(110) 및 주반사판(120)을 포함하여 구성된다. 전자파는 급전부(110)를 통해 주반사반(120)으로 방사되어 생성될 수 있다. 주반사판(120)은 원형 안테나에 적절한 기하학적 변형을 가하여 반사되는 전자파의 위상이 OAM 모드 위상과 동일하게 만들 수 있다. 하지만, OAM 모드 생성을 위해 주반사판(120)을 변형시키는 것은 가공해야 하는 반사판의 면적이 너무 크기 때문에 비효율적이다.

본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 주반사판(120)에 비해 상대적으로 면적이 작아 변형이 용이한 부반사판(Subreflector)을 OAM 모드 생성에 활용하는 방법을 제안한다. 부반사판의 물리적인 구조는 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.

수학식 1에서 z축의 방향은 도 1에서 주반사판(120)에 대한 급전부(110)의 방향을 나타낸다. z_OAM(x, y)은 OAM 모드를 생성하기 위한 부반사판의 변형된 기하 구조를 나타낸다. z_org(x, y)는 x, y 값에 대한 통상적인 부반사판의 기하 구조를 나타내고, Φ(x, y; m)은 m번째 OAM 모드를 생성하기 위한 위상 변화용 z축 거리 변형값을 나타낸다. 상기 수학식 1은 기존의 모든 부반사판에 적용될 수 있다. 예를 들어, 쌍곡 표면을 사용하는 카세그레인(Cassegrain) 형태, 타원 표면을 사용하는 그레고리 형태, 축방향으로 이격된 타원을 사용하는 ADE(Axially Displaced Ellipse) 형태 등의 부반사판에 적용될 수 있다. 즉, 부반사판의 물리적인 구조를 상기 수학식 1에 의해 결정한다면 저차와 고차 OAM 모드를 편리하게 생성할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OAM 모드 생성 반사판 안테나의 구조를 나타낸다. 도 2는 수학식 1을 활용한 변형된 카세그레인 부반사판을 가진 OAM 모드 생성용 포물형 반사판 안테나를 예시적으로 보여준다. 여기서 m=1로 가정한다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 OAM 모드 생성 반사판 안테나는 급전부(210), 주반사판(220), 부반사판(230)을 포함하여 구성된다. 상기 부반사판(230)은 주반사판(220) 상에 이격되어 형성되고, 급전부(210)에 의해 지지될 수 있다. 본 실시예에서 부반사판(230)은 카세그레인 부반사판(240)이 변형되어 사용될 수 있다. 카세그레인 부반사판은 쌍곡선 형태이므로 본 실시예에서 수학식 1의 z_org(x, y)는 쌍곡 표면 형태를 표현하도록 설정될 수 있다. 주반사판(220)은 부반사판(230)에서 생성된 OAM 모드 전자파를 반사하여 원역장으로 복사한다. 주반사판(220)은 일반적으로 사용되는 주반사판의 형태가 그대로 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 주반사판(220)의 예로는 포물선 반사판 및 반사배열(reflectarray) 등이 있다. 반면에, 부반사판(230)은 OAM 모드 전자파를 발생시키기 위해서 통상적인 카세그레인 부반사판(240)과는 다르게 z축 방향으로 변형되어 접시의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차가 형성된다. 본 발명에서 접시란 안테나의 주반사판 또는 부반사판과 같은 반사판에서 전자파를 외부로 반사하기 위한 표면을 나타낸다. 상기 부반사판(230)은 급전부(210)에 의해 지지되어 주반사판(220) 상에 이격되어 형성될 수 있다. 급전부(210)는 송신기로부터 전자파를 수신하여 안테나 장치로 분배하는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 급전부(210)는 일반적인 급전부의 형태로 형성될 수 있다.

본 실시예에 따른 OAM 모드 전자파를 생성하는 안테나 장치는 기존의 주반사판 및 급전부의 설계를 그대로 활용하고, 부반사판 만의 변형을 통해 OAM 모드 전자파를 생성할 수 있다. 따라서, 안테나 설계자에게 상당한 편의를 제공한다. 또한, 응용 형태에 따라 다양한 주반사판과 급전부를 채택하여 여러 종류의 OAM 모드 생성 안테나를 설계할 수 있다.

도 3은 도 2의 실시예에 OAM 모드 생성 반사판 안테나의 원역장 전자파 계산 결과를 나타낸 그래프이다. OAM 모드가 생성되면 원역장 전자파의 방위각 (φ) 방향 위상은 선형적으로 변한다. 도 2는 m=1 OAM 모드를 생성하므로 φ가 한바퀴 돌 때 원역장 전자파의 위상도 360도 만큼 변한다.

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 OAM 모드 생성 반사판 안테나의 구조를 나타낸다. 도 4는 수학식 1을 활용한 변형된 ADE 부반사판을 가진 OAM 모드 생성용 포물형 반사판 안테나를 예시적으로 보여준다. 여기서 m=1로 가정한다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 OAM 모드 생성 반사판 안테나는 급전부(410), 주반사판(420), 부반사판(430)을 포함하여 구성된다. 상기 부반사판(430)은 주반사판(420) 상에 이격되어 형성되고, 급전부에 의해 지지될 수 있다. 본 실시예에서 부반사판(430)은 ADE 부반사판(440)이 변형되어 사용될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 수학식 1의 z_org(x, y)가 ADE 부반사판의 형태를 표현하도록 설정될 수 있다. 주반사판(420)은 부반사판(430)에서 생성된 OAM 모드 전자파를 반사하여 원역장으로 복사한다. 주반사판(420)은 일반적으로 사용되는 주반사판의 형태가 그대로 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 주반사판(420)의 예로는 포물선 반사판 및 반사배열(reflectarray) 등이 있다. 반면에, 부반사판(430)은 OAM 모드 전자파를 발생시키기 위해서 통상적인 ADE 부반사판(440)과는 다르게 z축 방향으로 변형되어 접시의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차가 형성된다. 상기 부반사판(430)은 급전부(410)에 의해 지지되어 주반사판(420) 상에 이격되어 형성될 수 있다. 급전부(410)는 송신기로부터 전자파를 수신하여 안테나 장치로 분배하는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 급전부(210)는 일반적인 형태의 급전부가 사용될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

안테나 장치에 있어서,
송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나 장치로 분배하는 급전부;
OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하는 부반사판; 및
상기 생성된 OAM 모드 전자파를 반사하여 원역장으로 복사하는 주반사판
을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서, 상기 부반사판은 접시의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서, 상기 부반사판은 상기 주반사판 상에 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서, 상기 부반사판은 상기 급전부에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서, 상기 부반사판은 카세그레인(Cassegrain) 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서, 상기 부반사판은 그레고리 형태인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서, 상기 부반사판은 ADE(Axially Displaced Ellipse) 형태인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제2항에 있어서, 상기 부반사판은 복수의 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
안테나 장치에 있어서,
송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나 장치로 분배하는 급전부;
OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하기 위한 단차가 형성된 부반사판; 및
상기 생성된 OAM 모드 전자파를 반사하여 원역장으로 복사하는 주반사판
을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제8항에 있어서, 상기 부반사판은 접시의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제9항에 있어서, 상기 부반사판은 상기 주반사판 상에 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제9항에 있어서, 상기 부반사판은 상기 급전부에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제9항에 있어서, 상기 부반사판은 카세그레인(Cassegrain) 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제9항에 있어서, 상기 부반사판은 그레고리 형태인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제9항에 있어서, 상기 부반사판은 ADE(Axially Displaced Ellipse) 형태인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제9항에 있어서, 상기 부반사판은 복수의 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 안테나 장치.