KR20160091846A - 저주파 송신 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 방사효율과 추가적인 정합회로가 불필요한 저주파 송신 안테나에 관한 것으로, 지면에 매설된 안테나 접지판에 중앙기둥을 설치하고, 상기 중앙기둥의 상단에 피라미드 형태로 4개의 사선 금속와이어를 배치하고, 상기 4개의 사선 금속와이어상의 일정지점을 연결하는 4개의 수평 금속와이어로 사각 폐루프를 형성하고, 상기 사각 폐루프의 일점에 수직 금속와이어를 설치하여 전체 안테나를 급전시켜 안테나 고각 방향의 이득패턴 영점을 최소화 시키고, 상기 수직 금속와이어와 인접하게 단락형 금속와이어를 설치하여 안테나의 임피던스 정합을 이루고, 상기 사선 금속 와이어와 상기 접지판을 연결하는 애자 등을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

Description

저주파 송신 안테나{Low Frequency Transmitting Antenna}

본 발명은 저주파 송신 안테나에 관한 것으로, 특히 GPS와 같은 위성측위 신호수신에 있어서 재밍 신호에 방해 받거나 주변 구조물에 의해 차폐되는 것과 같은 문제를 대체하기 위한 보조수단으로 도입된 저주파 송신 안테나에 관한 것이다.

GPS와 같은 위성기반의 측위신호는 지상에 도달하면 매우 미약한 신호가 되어 의도적이나 비의도적 전파 잡음에 취약하여 쉽게 신호가 단절된다. 또한, 도심지 실내, 빌딩 사이, 숲 등 약간의 차폐만 있어도 측위신호가 잡히지 않는 문제점이 있다. 위와 같은 문제점을 보완하기 위해 지상 송신국 전파신호 기반의 eLoran(enhanced Loran) 위성측위시스템 기술이 사용된다. eLoran 위성측위시스템은 100kHz대역에서 200-1,500kW의 첨두전력을 방사하므로 전파방해에 쉽게 교란되지 않는 이점을 가진다.

이러한 eLoran 시스템에 사용되는 송신 안테나는 1960년대에 실험적설계 공식에 의존하여 설계된 안테나 구조를 현재까지 사용하고 있다. eLoran 송신안테나는 상부장하모노폴(TLM)구조를 가장 널리 사용하고, 그 외에 4개의 역삼각형 와이어 모노폴(SLT), 역피라미드형 모노폴(TIP) 구조를 사용한다. eLoran 송신 안테나의 입력 임피던스는 2Ω에 불가하므로 송신기의 출력 임피던스 50Ω에 정합시키기 위해서는 별도의 안테나 정합회로가 요구된다. 안테나의 정합회로에는 고전압 50Ω 동축선과 정합기능을 수행하는 안테나 커플러가 있으며, 안테나 커플러는 대전력 저손실 인덕터와 커패시터로 구성된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 적절한 금속와이어 소자와 이에 연결된 사각 폐루프를 설치함으로써 안테나의 방사저항 및 효율을 증대시켜 안테나의 단순화를 이루고 안테나의 선로상 일점에 급전하여 고각방향 이득패턴의 영점을 최소화하며 급전와이어와 인접하게 단락형 금속와이어를 배치하여 안테나의 임피던스 정합이 수행되어 추가적이 정합회로가 불필요한 저주파 송신 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저주파 송신 안테나는 지면에 매설된 안테나 접지판의 중심에 중앙기둥이 설치되고 상기 중앙기둥을 중심으로 하여 피라미드 형태로 4개 의 금속와이어가 배치되고, 상기 금속와이어상의 일정한 지점들간을 금속 와이어로 연결하여 사각 폐루프를 형성시키고, 상기 사각 폐루프 상의 일점에서 수직 금속와이어를 설치하여 급전시키고, 상기 수직 금속와이어와 인접하게 단락형 금속와이어를 배치함으로써 안테나의 구조를 단순화시키고 추가적인 정합회로 없이 안테나 임피던스 정합이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 저주파 송신 안테나는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나는 중심에 설치된 중앙기둥을 중심으로 하여 피라미드 형태로 4개의 사선 금속와이어가 설치됨으로써 단순화된 안테나 구조를 제공한다.

둘째, 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나는 피라미드 형태의 금속와이어상의 일정한 지점들간을 금속 와이어로 연결하여 루프를 형성함으로써 기구적으로 안정화된 안테나를 제공한다.

셋째, 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나는 금속와이어를 통해 이루어진 사각 폐루프의 일점에 급전 와이어를 연결하여 급전함으로써 안테나 고각 방향의 이득패턴 영점을 최소화하는 안테나를 제공한다.

넷째, 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나는 급전이 이루어지는 수직 금속와이어와 인접하게 단락형 금속와이어를 배치함으로써 추가적인 정합회로 없이 전체 안테나의 임피던스 정합이 이루어진 안테나를 제공한다.

도 1은 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나의 형상을 나타낸 사시도
도 2는 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나의 정면도
도 3은 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나의 급전부를 상세히 도시한 도면
도 4는 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나의 단락형 금속와이어의 유무에 따른 스미스차트 상의 반사계수 궤적을 도시한 도면
도 5은 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나의 반사계수 특성을 도시한 도면
도 6는 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나의 이득패턴을 도시한 도면

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 저주파 송신 안테나에 대해 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다. 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 이해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성품의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다. 또한 문장의 간결성을 위해, 앞 뒤의 문맥으로 볼 때, 지칭하는 구성품이 무엇인지 쉽게 이해할 수 있는 경우에는, 구성품 명칭 다음에 붙이는 괄호와 구성품 번호를 생략하기로 한다.

도 1은 본 실시 예에 따른 저주파 송신 안테나의 전체 구조를 나타낸 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나는 손실이 있는 지면에 매설된 안테나 접지판(170)과 상기 접지판의 중앙에서 전체안테나를 지지하기 위해 설치된 210m 높이의 중앙기둥(110), 상기 중앙기둥의 상부 종단(160)에서 피라미드 형태로 배치된 4개의 사선 금속와이어(120), 상기 사선 금속와이어상의 일정 지점들간을 연결하여 사각 폐루프를 형성시키는 4개의 수평 금속와이어(130), 상기 수평 금속와이어로 구성된 사각 폐루프 꼭지점의 일점(163)에서 안테나 급전을 위해 배치된 수직 금속와이어(161), 상기 수직 금속와이어의 종단에 안테나 전력을 공급하는 경로상의 접지판과 연결되는 절연된 유전체(140), 상기 수평 금속와이어(130)의 또 다른 일점(162)에서 임피던스 정합을 위해 연결되는 단락형 금속와이어(160), 상기 사선 금속와이어와 상기 접지판과 연결해주는 애자(180) 등으로 구성된다. 도 1의 예시에서와 같이, 안테나 접지판(170)은 흔히 매설 작업을 용이하게 하기 위해 와이어 그리드(wiregird)형태로 흔히 철근 프레임을 이용하며 지면손실을 줄이기 위해 550x550m의 크기로 설치된다.

도 2는 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나를 상단에서 바라본 정면도를 도시한 것이다.

본 발명에 의한 저주파 송신 안테나의 정면 구조는 도 2에서와 같이, 손실이 있는 지면 내에 와이어를 고정시키는 안테나 접지판(170), 상기 안테나 접지판과 연결되며 전체 안테나 구조를 지탱하기 위해 설치된 중앙기둥(110), 상기 중앙기둥에서 피라미드 형태로 배치되는 사선 금속와이어(120a, 120b, 120c, 120d), 상기 4개의 사선 금속와이어상의 일정지점간을 수평으로 연결하며 사각 폐루프를 형성하는 4개의 수평 금속와이어(130a, 130b, 130c, 130d), 전체 안테나에 전력을 공급하기 위해 설치된 수직 금속와이어와 연결되는 상기 수평 금속와이어 상의 일점(163), 안테나의 임피던스 정합을 위해 설치된 단락형 금속와이어가 연결되는 상기 수평 금속와이어 상의 또 다른 일점(162) 등으로 구성된 것을 특징으로 한다. 기존의 저주파 송신 안테나는 안테나 유효길이를 증가시키고 방사저항을 증대시키기 위해 흔히 200-400m의 중앙기둥과 top-loading 소자 수를 6-24개로 한다. 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나는 210m의 중앙기둥과 4개의 사선 금속와이어(120)와 4개의 수평 금속와이어(130)를 배치함으로써 구조의 단순화와 소형화를 이루었고 방사 저항의 증가 특성을 확보하였다.

도 3은 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나의 급전 구조를 도시한 것으로, 상기 수직 금속 와이어(161)의 하단 부위는 절연된 유전체(140)와 연결되고, 상기 유전체의 종단은 안테나 접지판(170)에 연결되며, 상기 수직 금속와이어의 일점(163a)과 접지판의 일점(161)을 동축케이블 등으로 연결함으로써 급전된다.

도 4는 본 발명이 적용된 저주파 송신 안테나의 한 실시 예에 있어서, 단락형 금속와이어(160)의 유무에 따른 반사계수 특성을 스미스차트 상에서 보인 것이다. 본 발명에 의한 소형 저주파 송신 안테나의 실시 예에 있어서, 단락형 금속 와이어(160) 가 제외될 경우 전체 안테나의 임피던스(410)는 인덕티브 성분이 매우 크나, 상기 단락형 마스트를 급전용 수직 금속마스트(161) 주위에 적절히 배치함으로써 임피던스 궤적(420)이 57.3MHz에서 50Ω 근처에 형성되도록 하여 임피던스 정합이 이루어짐을 알 수 있다.

도 5는 본 발명이 적용된 저주파 송신 안테나의 한 실시 예에 따른 반사계수 특성을 나타낸 그래프이다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 저주파 송신 안테나의 반사계수는 주파수 57.3MHz를 중심으로 반사계수 -6.5dB 이하(정재파비 3:1) 대역폭이 3MHz이상 형성된다.

도 6은 본 발명이 적용된 저주파 송신 안테나의 한 실시 예에 있어서, 안테나의 급전 위치에 따른 이득패턴 특성을 나타낸 그래프이다. 본 발명에 의한 저주파 송신 안테나의 실시 예에 있어서, 안테나의 급전을 사각 폐루프의 일점과 연결된 수직 금속와이어 하단에서 행하여 고각 방항 이득패턴(440)의 영점을 최소화되고, 상기 안테나의 방위각 방향 이득 패턴(450)은 등방성 패턴으로 형성된다.

110 : 중앙기둥
120a, 120b, 120c, 120d : 사선 금속와이어
130a, 130b, 130c, 130d : 수평 금속와이어
150 : 중앙기둥과 와이어 연결부
160: 단락형 금속와이어
161 : 수직 금속 와이어
170 : 안테나 접지판

Claims (4)

1. 손실 있는 지면에 매설된 안테나 접지판의 중심에 중앙 기둥이 배치되고, 상기 중앙기둥의 종단에 사선 금속와이어 4개가 피라미드 형태로 배치되고, 상기 사선 금속와이어상의 일정지점간을 연결하는 사각 폐루프를 형성하기 위해 4개의 수평 금속와이어가 연결되고, 상기 수평 금속와이어로 구성된 사각 폐루프의 일점에서 안테나 급전을 위한 수직 금속와이어가 지면의 접지면과 연결되고, 상기 수직 금속와이어와 인접하게 안테나 임피던스 정합을 위해 단락형 금속와이어가 구비되고, 상기 중앙기둥, 사선 금속와이어, 수평 금속와이어 등을 견고하게 지지하기 위해 사각 폐루프의 꼭지점에 지지선, 상기 지지형 금속마스트와 접지판을 연결해주는 유전체 애자 등을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저주파 송신 안테나.
2. 제 1항에 있어서, 상기 안테나는 중앙기둥과, 상기 중앙기둥의 종단에 설치된 4개의 사선 금속와이어, 상기 사선 금속와이어상의 일정지점을 연결한 사각 폐루프를 형성하기 위한 4개의 수평 금속와이어 등을 구비함으로써 안테나의 방사 저항을 크게 하는 것을 특징으로 하는 저주파 송신 안테나.
3. 제 1항에 있어서, 상기 안테나의 급전은 4개의 수평 금속와이어로 구성된 사각 폐루프의 일점에서 이루어지게 하여 안테나 고각 방향의 이득패턴 영점을 최소화하는 것을 특징으로 하는 저주파 송신 안테나
4. 제 1항에 있어서, 안테나 급전이 이루어지는 수직 금속와이어 주변에 단락형 금속와이어를 설치함으로써 전체 안테나의 임피던스 정합 특성을 확보하게 하여 추가적인 정합회로가 불필요한 것을 특징으로 하는 저주파 송신 안테나

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