KR20190000787A - Antenna and array antenna - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 안테나 및 어레이 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna and an array antenna.
1점의 급전(給電) 소자로부터 평면형의 내도체(內導體)에 급전함으로써 원편파를 송수신하는 소형 마이크로파 안테나가 알려져 있다.A small microwave antenna is known in which a circular polarized wave is transmitted and received by supplying power from a single feeding element to a planar inner conductor.
종래의 원편파용 안테나는 스트립 라인형으로서, 직사각형 또는 원형의 평면형의 내도체로 이루어진 공진기로 구성되어 있다. 직사각형의 내도체판에는 평면(平面)에서 보아 대각(對角)에 잘라낸 부분이 형성되어 있다. 또 원형의 내도체판에는 평면에서 보아 중심 근방 또는 테두리에 직사각형의 잘라낸 부분이 형성되어 있다. 이들 잘라낸 부분에 의해 평면형의 내도체는 x축 및 y축방향 각각에 있어서 길이가 다른 2개의 공진기로서 동작한다. 평면형의 내도체는 2개의 공진 주파수간의 중심 주파수 근방의 대역에서 원편파를 발신한다.The conventional circular polarization antenna is a stripline type and is composed of a resonator composed of a rectangular or circular planar inner conductor. A rectangular inner conductor plate is formed with a cut-out portion at a diagonal angle as seen from a plane (plane). Further, the circular inner conductor plate is formed with a cut-out portion in the vicinity of the center or in a rectangular shape in a plan view. By these cut-out portions, the planar inner conductor operates as two resonators having different lengths in the x-axis and y-axis directions, respectively. The planar inner conductor emits a circularly polarized wave in a band near the center frequency between two resonance frequencies.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이 이 구성에 의한 원편파용 안테나에서는 중심 주파수 10GHz 근방에 다수의 스퓨리어스 공진 모드가 출현한다. 즉, 종래의 원편파용 안테나에서는 광대역에 걸쳐 원편파를 발신할 수 없었다.As shown in Figs. 6 (a) and 6 (b), in the circular polarization antenna of this configuration, a number of spurious resonance modes appear near the center frequency of 10 GHz. That is, the conventional antenna for circular polarization can not transmit circularly polarized waves over a wide band.
그래서 스퓨리어스의 발생이 적고 광대역에 걸쳐 원편파를 발신 가능한 안테나가 필요하게 되었다.Therefore, it is necessary to provide an antenna capable of transmitting a circularly polarized wave over a wide band with less occurrence of spurious signals.
비특허문헌 1에는, 원판 소자의 중앙 또는 주변부에 슬롯을 마련하여 축퇴 분리하고, 안테나 기판의 배면으로부터 1점으로 급전됨으로써 원편파 안테나로서 작동하는 백피드형 1점 급전 원판 원편파 안테나가 개시되어 있다. 또 비특허문헌 1에는, 테두리에 직사각형의 잘라낸 부분을 가진 원형의 내도체판이 개시되어 있다.Non-Patent
비특허문헌 2에는, 코플래너 선로에 의해 사각형 마이크로 스트립 안테나를 여진(勵振)시키는 안테나계에 대해 그 구성법과 방사 특성이 개시되어 있다.Non-Patent Document 2 discloses a configuration method and radiation characteristic for an antenna system in which a rectangular microstrip antenna is excited by a coplanar line.
특허문헌 1에는, 사각형의 대각의 2 꼭지점을 잘라낸 육각형 급전 소자와 사각형 무급전 소자를 동축상에 배치한 원편파 패치 안테나가 개시되어 있다. 그러나 어느 특허문헌에도 스퓨리어스의 발생이 적고 광대역에 걸쳐 원편파를 발생시킬 수 있는 구성에 대해서는 개시되어 있지 않다.
본 발명은, 스퓨리어스의 발생이 적고 광대역에 걸쳐 원편파를 발생시킬 수 있는 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an antenna capable of generating a circular polarized wave over a wide band with less occurrence of spurious.
본 발명에 관한 안테나는, 접지 도체판, 내(內)도체판, 리액턴스 도체판 및 급전용 도체를 구비하고, 접지 도체판, 내도체판 및 리액턴스 도체판은 각각 유전체 기판상에 동심(同心)으로 층상(層狀)으로 형성되고, 내도체판은 원형 외주의 대척(對蹠) 부분이 절제(切除)되어 있으며, 급전용 도체는 내도체판과 전기적으로 접속되어 있다.The grounding conductor plate, the inner conductor plate, and the reactance conductor plate each have a concentric concentric shape on the dielectric substrate. The ground conductor plate, the inner conductor plate, the reactance conductor plate, And the inner conductor plate is cut away from the outer periphery of the circular outer periphery and the power supply conductor is electrically connected to the inner conductor plate.
본 발명에 의하면, 스퓨리어스의 발생이 적고 광대역에 걸쳐 원편파를 발생시킬 수 있는 안테나를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide an antenna capable of generating a circular polarized wave over a wide band with less occurrence of spurious.
도 1은 본 발명에 관한 안테나의 실시형태를 도시한 평면도이다.
도 2는 상기 안테나의 부분 단면도이다.
도 3은 상기 안테나가 가진 내도체판의 평면도이다.
도 4는 상기 안테나의 축비(軸比) 특성을 도시한 그래프이다. 축비란, 원편파의 x축과 y축의 전계의 진폭비를 대수(對數) 표시한 것이다. 완전 원편파에서는 축비는 1이고 대수 표시는 0 dB이다. 원편파가 타원편파로 변형되었을 때의 축비 3 dB는 허용 규격의 기준이다.
도 5는 공통의 접지 도체판에 내도체판 및 리액턴스 도체판으로 이루어진 안테나가 다층 유전체 기판상에 복수 배열되어 어레이 안테나를 형성하고 있는 모습을 도시한 평면도이다.
도 6의 (a)는 잘라낸 부분을 가진, 평면에서 보아 직사각형인 내도체를 구비한 관련 기술의 안테나의 축비 특성을 도시한 그래프이며, (b) 잘라낸 부분을 가진, 평면에서 보아 원형인 내도체를 구비한 다른 관련 기술의 안테나의 축비 특성을 도시한 그래프이다.1 is a plan view showing an embodiment of the antenna according to the present invention.
2 is a partial cross-sectional view of the antenna.
3 is a plan view of the inner conductor plate of the antenna.
4 is a graph showing an axial ratio characteristic of the antenna. The axial ratio is an algebraic number of the amplitude ratio of the electric field between the x-axis and the y-axis of the circular polarized wave. In perfect circular polarization, the axial ratio is 1 and the logarithmic display is 0 dB. The axial ratio of 3 dB when the circularly polarized wave is deformed into the elliptically polarized wave is the criterion of the accepted standard.
5 is a plan view showing an array antenna formed by arranging a plurality of antennas made of an inner conductor plate and a reactance conductor plate on a common grounding conductor plate on a multilayer dielectric substrate.
Fig. 6 (a) is a graph showing the axial ratio characteristics of the antenna of the related art having a cut-out portion and a rectangular inner conductor seen in plan view, Fig. 6 (b) And Fig. 5 is a graph showing an axial ratio characteristic of an antenna of another related art having the antenna.
이하, 본 발명에 관한 안테나의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of antennas according to the present invention will be described with reference to the drawings.
●안테나의 개요● Antenna outline
도 1에서 안테나(1)는 급전점에서 평면형의 내도체로 급전함으로써 원편파를 송수신한다.In Fig. 1, the
●안테나의 구성● Configuration of antenna
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 안테나(1)는, 접지 도체판(114)과 내도체판(124)과 리액턴스 도체판(134)과 급전선(14)을 구비한다. 접지 도체판(114), 내도체판(124) 및 리액턴스 도체판(134)은 각각 유전체 기판(113), (123), (133)을 사이에 두고 이 순서대로 적층되어 서로 고정되어 있다.As shown in Figs. 1 and 2, the
접지 도체판(114)은 유전체 기판(113) 위에 형성된다. 접지 도체판(114)의 크기는 내도체판(124) 및 리액턴스 도체판(134)에 비해 충분히 크다.The
유전체 기판(113) 및 접지 도체판(114)은, 급전선(14)을 접지 도체판(114)의 도 2 중 아래쪽에서부터 내도체판(124)측으로 삽입 통과시키는 제1 관통공(119)을 가진다.The
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 내도체판(124)은 도전성 평판으로서, 2개의 공진기를 구성한다. 내도체판(124)은 원판형의 소재가 원주의 대척 위치에서 서로 평행을 이루는 2개의 직선을 따라 절제되어, 2개의 원호부(121), (122)와 2개의 직선부(125), (126)가 교대로 연결된 형태로 되어 있다. 즉, 원호부(121), 직선부(125), 원호부(122) 및 직선부(126)는, 이 순서로 연결되어 내도체판(124)의 외주를 구성하고 있다. 원호부(121) 및 (122), 그리고 직선부(125) 및 (126)은 내도체판(124)의 평면에 직교하고 있다.As shown in Figs. 2 and 3, the
내도체판(124)은, 평면에서 보아 내도체판(124)의 중심을 원점(O)으로 하고 직선부(125)에 평행한 축을 y축, y축에 직교하는 축을 x축으로 하면, x축 및 y축의 각각에 대해 선대칭인 형상이다.The
공진기를 구성하는 도체가 직각이나 예각 등 공간적으로 날카롭게 변화되는 부분을 포함하면 전류 및 전압이 공간적으로 흐트러져 복수의 불필요한(스퓨리어스) 모드로 공진한다. 본 발명에서의 내도체판(124)에 의하면, 외측면 형상이 매끄럽고 그 형상 안에 직각이나 예각을 포함하지 않는다. 따라서 안테나(1)는 스퓨리어스를 발생시키지 않고 중심 주파수에 대해 충분히 넓은 근방의 주파수 대역 내에서 공간적 및 시간적으로 직교하는(즉, 90도의 위상차를 가지는) 2개의 공진 모드를 동시에 발생시킨다. 따라서 안테나(1)는 광대역에서 원편파를 발생시킬 수 있다.If the conductor constituting the resonator includes spatially sharply changed portions such as a right angle or an acute angle, the current and voltage are spatially disturbed and resonate in a plurality of unnecessary (spurious) modes. According to the
도 3에서 직선부(125) 및 (126)의 양단은 원호부(121), (122)에 연결되어 각(角)을 이루고 있다. 그러나 직선부(125) 및 (126)의 양단이 원호부(121), (122)보다 작은 원호를 그리면서 각각의 인접한 변과 매끄럽게 연결되어 있어도 좋다.In FIG. 3, both ends of the
또 직선부(125), (126) 대신에 원호부(121), (122)의 양단을 서로 대칭인 매끄러운 곡선으로 연결해도 좋다. 바꿔 말하면, 내도체판(124)은 원형의 외주의 대척 부분이 서로 대칭인 매끄러운 곡선으로 절제되어 있는 형상이어도 좋다.Instead of the
직선부(125) 및 (126)의 크기, 즉 평면에서 보아 원점(O)으로부터 직선부(125) 및 (126)까지의 거리는 임의이며, 도 3에 도시한 형태로 한정되지 않는다.The distances from the origin O to the
도 2에 도시한 바와 같이 내도체판(124)과 접지 도체판(114) 사이에 배치되어 있는 유전체 기판(123)은 제1 관통공(119)과 연통되는 제2 관통공(129)을 가진다.The
급전선(14)은 급전용 도체의 외주가 절연체로 피복된 동축 케이블이다. 급전선(14)의 급전용 도체의 일단은 제1 관통공(119) 및 제2 관통공(129)을 통과하여 스트립 선로 및 동축 선로를 통해 내도체판(124) 위의 급전점(15)에 접속되어 있다. 급전선(14)의 급전용 도체의 타단은, 미도시된 외부 급전 회로에 접속되어 있다. 외부 급전 회로에서 전송되는 전력은 급전선(14)을 통해 내도체판(124)에 공급된다. 외부 급전 회로에서 전송되는 전력에 의해 내도체판(124)는 여진된다.The
급전점(15)의 위치는 x축 및 y축상의 공진 전류에 대해 전기적으로 등거리의 점이지만, 실제 위치는 이론이 아닌 실험에 의해 결정된다. 즉, 급전점(15)의 위치는 도 3에 도시한 위치에 한정되지는 않는다. 또 x축, y축 각각 2점에서 급전하는 것도 가능하다(2점 급전법). 2점 급전의 경우, 급전점(15)은 2점으로 나뉘는데 그 위치도 실험에 의해 결정할 수 있다.Although the position of the
급전선(14)을 통해 공급되는 전력에 의해 내도체판(124)이 여진되면, 내도체판(124)의 x축 및 y축에 따른 길이에 대응하는 2개의 공진 모드가 나타난다. 그렇게 되면 마이크로파의 원편파가 x-y평면 내에 발생하고 원편파는 x-y평면에 직교하는 z축 방향을 따라 지면(紙面) 앞쪽을 향해 전반된다.When the
리액턴스 도체판(134)은 대략 원형의 도전성의 평판이다. 리액턴스 도체판(134)는 평면에서 보아 리액턴스 도체판(134)과 대략 동일 형상의 유전체 기판(133)을 개재하여 내도체판(124)과 리액턴스적으로 결합된다. 즉, 내도체판(124) 및 리액턴스 도체판(134)은 내도체판(124) 위에 구성되어 있는 2개의 공진 회로에 병행(竝行)하여 리액턴스 회로를 구성한다. 리액턴스 도체판(134)에 의해 내도체판(124) 위에 구성되는 2개의 공진 회로 각각의 대역폭을 확대함과 아울러 안테나(1)의 방향성 이득을 높일 수 있다.The
리액턴스 도체판(134)은 원주의 대척 위치에서 서로 평행을 이루는 2개의 직선을 따라 절제된 형상이어도 좋다.The
리액턴스 도체판(134)은 내도체판(124)에 복수개 적층되어 있어도 좋다. 복수의 리액턴스 도체판(134)은 모두 유전체 기판(133)을 사이에 두고 적층되어 있다. 리액턴스 도체판(134)이 복수개 적층되어 있는 구성에 의하면, 내도체판(124) 위의 2개의 공진 회로에 병행하는 복수의 리액턴스 회로가 구성된다.A plurality of
유전체 기판(113), (123), (133)의 두께는 각각 임의이다. 유전체 기판(113), (123), (133)의 두께는 안테나(1)의 원하는 특성 등에 의해 적절히 결정된다.The thicknesses of the
●안테나(1)의 축비 특성● The axial ratio characteristic of the antenna (1)
도 4에 도시한 바와 같이 본 발명에 관한 안테나(1)에 의하면, 중심 주파수 10GHz에 대해 8GHz 이상 12GHz 이하의 대역에서 스퓨리어스를 수반하지 않는다. 또 안테나(1)는 축비 3 dB 이하의 대역폭에 관하여, 10GHz대에서 비대역 7% 이상을 얻어진다는 것을 알 수 있다. 미도시된 5GHz 이상 8GHz 이하, 및 12GHz 이상 15GHz 이하의 대역에서도 스퓨리어스는 수반하지 않는다.As shown in Fig. 4, the
이와 같이 안테나(1)에 의하면, 스퓨리어스의 발생이 적고 광대역에 걸쳐 원편파를 발생시킬 수 있다. 안테나(1)는 피측정물을 향해 전파를 송신하고, 피측정물에 의해 반사되는 전파를 수신하고, 수신되는 전파에 기초하여 피측정물의 위치를 계측하는 계측 장치에도 적용 가능하다. 특히, 안테나(1)는, 광대역의 전파를 필요로 하는 FMCW 방식의 계측 장치에도 적용 가능하다.As described above, according to the
●어레이 안테나의 구성● Configuration of array antenna
도 5에 도시한 바와 같이 어레이 안테나(10)는 4개의 내도체판(124)과 4개의 리액턴스 도체판(134)과 1개의 접지 도체판(21)을 구비한다. 각 내도체판(124)과 각 리액턴스 도체판(134)은 1개의 접지 도체판(21)과 함께 안테나를 구성하고, 이들 4개의 안테나가 릴레이 안테나를 구성하고 있다. 4개의 내도체판(124) 및 4개의 리액턴스 도체판(134)은 공통되는 1개의 접지 도체판(21)의 평면에, 평면에서 보아 서로 일정한 거리를 두고 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 4개의 내도체판(124) 및 4개의 리액턴스 도체판(134)는 접지 도체판(21)을 공유하고 있다. 접지 도체판(21), 내도체판(124) 및 리액턴스 도체판(134)은 각각의 사이에 유전체 기판을 개재하여 이 순서대로 적층되어 고정되어 있다.As shown in Fig. 5, the
접지 도체판(21)의 평면의 크기는 4개의 내도체판(124)의 평면의 크기의 합계보다 충분히 크다.The size of the plane of the
4개의 내도체판(124)의 원점(O)은 정사각형의 꼭지점에 위치하도록 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 4개의 내도체판(124)의 각각의 원점(O)과, 인접한 다른 내도체판(124)의 원점(O)과의 거리는 등거리이다. 또 대각에 위치하는 내도체판(124)의 y축의 기울기, 즉 평면에서 보아 직선부(125), (126)의 각도는 동일하다. 인접한 내도체판(124)의 y축의 기울기는 선대칭이어도 좋다.The origin O of the four
어레이 안테나(10)가 구비한 내도체판(124) 및 리액턴스 도체판(134)의 갯수는 임의이다.The number of
어레이 안테나(10)에 의하면, 동일 평면 내에 복수의 원편파용 안테나를 배치함으로써 방향성 이득 및 대역폭을 더욱 향상시킬 수 있다.According to the
1 안테나
114 접지 도체판
124 내도체판
134 리액턴스 도체판1 antenna
114 grounded conductor plate
124 conductor plate
134 reactance conductor plate
Claims (7)
상기 접지 도체판, 상기 내도체판, 및 상기 리액턴스 도체판은 각각 유전체 기판상에 동심(同心)으로 층상(層狀)으로 형성되고,
상기 내도체판은 원형의 외주의 대척(對蹠) 부분이 절제(切除)되어 있으며,
상기 급전용 도체는 상기 내도체판과 전기적으로 접속되어 있는 안테나.A ground conductor plate, an inner conductor plate, a reactance conductor plate, and a power supply conductor,
The ground conductor plate, the inner conductor plate, and the reactance conductor plate are formed in a layered manner concentrically on the dielectric substrate,
The inner conductor plate has a circular outer periphery of a portion thereof opposed to the outer periphery thereof,
And the power supply conductor is electrically connected to the inner conductor plate.
상기 접지 도체판 및 상기 내도체판은 각각 유전체 기판상에 동심으로 층상으로 형성되고,
상기 내도체판은 원형의 외주의 대척 부분이 절제되어 있으며,
상기 급전용 도체는 상기 내도체판과 전기적으로 접속되어 있는 안테나.A ground conductor plate, an inner conductor plate and a power supply conductor,
The ground conductor plate and the inner conductor plate are formed in layers on the dielectric substrate in a concentric manner,
The inner conductor plate has a round outer periphery cut away,
And the power supply conductor is electrically connected to the inner conductor plate.
상기 리액턴스 도체판을 복수 구비하고, 복수의 상기 리액턴스 도체판의 각각은 적층되어 있는 안테나.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of reactance conductive plates are laminated, and each of the plurality of reactance conductive plates is laminated.
상기 내도체판은, 원형의 외주의 대척 부분이 서로 평행한 2직선으로 절제되어 있는 안테나.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the inner conductor plate is cut out into two straight lines in which the opposite ends of a circular outer periphery are parallel to each other.
상기 내도체판은, 원형의 외주의 대척 부분이 서로 대칭인 매끄러운 곡선으로 절제되어 있는 안테나.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the inner conductor plate is cut out into a smooth curved line in which the outer periphery of the circular outer periphery is symmetrical to each other.
상기 내도체판 위에는 2개의 공진 회로가 구성되어, 상기 내도체판의 평면에 직교하는 방향으로 원편파를 발생시키는 안테나.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein two resonant circuits are formed on the inner conductor plate to generate a circular polarized wave in a direction orthogonal to the plane of the inner conductor plate.
상기 복수의 내도체판은 상기 접지 도체판에 평면에서 보아 서로 일정한 거리를 두고 병렬(竝列)되어 있고,
상기 내도체판은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 내도체판인 어레이 안테나.A ground conductor plate, a plurality of inner conductor plates, and a power supply conductor,
Wherein the plurality of inner conductor plates are arranged in parallel to the ground conductor plate at a predetermined distance from each other in plan view,
Wherein the inner conductor plate is the inner conductor plate according to any one of claims 1 to 3.
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