KR20220091839A - 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나 - Google Patents

Abstract

밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 기판; 상기 기판 하부에 형성되는 접지면; 상기 기판 상부에 배열되는 다수의 방사체를 포함하되, 상기 다수의 방사체 각각은, 방사 패치, 상기 방사 패치의 제1 측면에 인접하여 배치되는 제1 T형 프로브, 상기 방사 패치의 제2 측면에 인접하여 배치되는 제2 T형 프로브를 포함하고, 상기 제1 T형 프로브에는 제1 편파 신호가 제공되고, 상기 제2 T형 프로브에는 제2 편파 신호가 제공된다. 개시된 안테나에 의하면, 광대역 특성이 요구되어 두꺼운 기판이 요구되는 환경에서 양호한 편파 격리도를 확보할 수 있으며, 다수의 방사체가 배열되는 배열 안테나 구조에서 우수한 편파 분리도를 구현할 수 있는 장점이 있다.

Description

밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나{Dual-Polarized Phased Array Antenna for Millimeter Wave Band}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나에 관한 것이다.

5G 통신이 도입되면서 새로운 주파수 대역인 NR 대역(26.5 ~ 29.5GHz)이 통신 대역에 포함되었다. NR 대역은 경로 손실이 매우 크고 투과 특성이 약한 관계로 NR 대역의 안테나에는 높은 이득이 요구되고 있다.

이러한 고이득 특성과 함께 근래에는 광대역 특성이 함께 요구되고 있다. 3GHz의 광대역을 충족시키기 위해 기존의 기판보다 상대적으로 두꺼운 기판이 요구되고 있다.

그러나, 두꺼운 기판이 사용되면, 이중 편파 또는 그 이상의 다중 편파를 사용하는 안테나에서 편파간 격리도를 확보할 수 없는 문제가 발생하였다. 하나의 방사체의 둘 이상의 편파를 가지는 RF 신호를 급전하여 서로 직교하는 편파 신호를 독립적으로 사용하는 구조는 널리 사용되는 구조이다.

이와 같은 다중 편파 구조에서는 어느 편파 신호가 다른 편파에 영향을 주지 않는 편파간 격리도가 확보되어야 한다.

기존에는 하나의 방사 패치에 서로 다른 포트를 통해 다중 편파 신호를 각각 독립적으로 직접 급전하는 구조가 일반적으로 이용되었다. 그러나, 이와 같은 급전 구조는 두꺼운 기판이 사용될 때 편파간 격리도가 양호하게 확보되지 못하는 문제점이 있었다.

아울러, NR 대역의 안테나는 높은 이득 특성을 확보하기 위해 배열 구조의 안테나를 사용하는데, 배열 구조의 안테나의 방사 패턴상에서 편파간 영향을 줄이기 위한 편파 분리도 역시 요구되고 있다.

본 발명은 광대역 특성이 요구되어 두꺼운 기판이 요구되는 환경에서 양호한 편파 격리도를 확보할 수 있는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나를 제안한다.

또한, 본 발명은 다수의 방사체가 배열되는 배열 안테나 구조에서 우수한 편파 분리도를 구현할 수 있는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나를 제안한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판 하부에 형성되는 접지면; 상기 기판 상부에 배열되는 다수의 방사체를 포함하되, 상기 다수의 방사체 각각은, 방사 패치, 상기 방사 패치의 제1 측면에 인접하여 배치되는 제1 T형 프로브, 상기 방사 패치의 제2 측면에 인접하여 배치되는 제2 T형 프로브를 포함하고, 상기 제1 T형 프로브에는 제1 편파 신호가 제공되고, 상기 제2 T형 프로브에는 제2 편파 신호가 제공되는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나가 제공된다.

상기 제1 T형 프로브의 종단에는 상기 기판을 관통하는 제1 급전 비아핀이 결합되고, 상기 제1 급전 비아핀을 통해 상기 제1 T형 프로브에 제1 편파 신화가 제공되며, 상기 제2 T형 프로브의 종단에는 상기 기판을 관통하는 제2 급전 비아핀이 결합되고, 상기 제2 급전 비아핀을 통해 상기 제2 T형 프로브에 제2 편파 신호가 제공된다.

상기 다수의 방사체 각각은 상기 제1 T형 프로브와 인접하여 배치되며 전기적으로 접지 전위를 가지는 제1 접지 패턴 및 상기 제2 T형 프로브와 인접하여 배치되며 전기적으로 접지 전위를 가지는 제2 접지 패턴을 더 포함한다.

상기 다수의 방사체 각각은 상기 제1 접지 패턴 및 상기 제2 접지 패턴과 상기 접지면을 전기적으로 연결하는 다수의 접지 비아핀을 더 포함한다.

상기 접지면에는 상기 방사 패치의 제1 모서리 하부에 제1 슬롯이 형성되며, 상기 제1 모서리는 상기 제1 및 제2 T형 프로브와 인접하는 측면들이 교차하는 모서리이다.

상기 접지면에는 상기 제1 모서리와 대각선으로 대향하는 제2 모서리 하부에 제2 슬롯이 형성된다.

미리 설정된 수의 상기 방사체가 배열되는 서브 어레이가 형성되고, 상기 서브 어레이가 다수개 배열되어 전체적인 어레이가 형성된다.

상기 서브 어레이에 포함되는 방사체들은 서로 다른 방향에서 상기 T형 프로브들로부터 급전된다.

상기 접지면에는 상기 서브 어레이 영역별로 'X'자형 슬릿이 형성된다.

상기 안테나는 상기 전체적인 어레이를 둘러싸도록 배치되는 다수의 기생 소자를 더 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판; 상기 기판 하부에 형성되는 접지면; 상기 기판 상부에 배열되는 다수의 방사체를 포함하되, 상기 다수의 방사체 각각은 방사 패치를 포함하고, 상기 방사 패치는 제1 측면으로 제1 편파 신호를 커플링 방식으로 급전받고, 제2 측면으로 제2 편파 신호를 커플링 방식으로 급전받으며, 미리 설정된 수의 상기 방사체가 배열되는 서브 어레이가 형성되고, 상기 서브 어레이가 다수개 배열되어 전체적인 어레이가 형성되고, 상기 서브 어레이에 포함되는 방사체들은 서로 다른 방향에서 커플링 급전을 받는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나가 제공된다.

본 발명에 의하면, 광대역 특성이 요구되어 두꺼운 기판이 요구되는 환경에서 양호한 편파 격리도를 확보할 수 있으며, 다수의 방사체가 배열되는 배열 안테나 구조에서 우수한 편파 분리도를 구현할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나에서 단일 방사체의 제1 구조를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 단일 방사체의 기판 상부면을 나타낸 도면.
도 3은 도 1에 도시된 단일 방사체의 기판 하부면을 나타낸 도면.
도 4는 단일 방사체의 기판 상부면 및 기판 하부면을 오버랩하여 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시에에 따른 단일 방사체의 구조를 스텝 단위로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 방사체에서 스텝 구조별 반사 계수를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 방사체에서 스텝 구조별 전달 계수(격리도)를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나에서 단일 방사체의 제2 구조를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시에에 따른 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나의 구조를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시에에 따른 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나에서 서브 어레이의 다양한 케이스를 나타낸 도면.
도 11은 도 10에 도시된 케이스별로 H평면(yz 평면) 방사 패턴 및 E 평면(xz 평면) 방사 각도별 이득을 나타낸 그래프.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

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”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나에서 단일 방사체의 제1 구조를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나에서 단일 방사체는 기판(100) 및 기판 상하부에 형성되는 금속 패턴들을 포함한다.

본 발명의 기판(100)은 3GHz 이상의 광대역 특성을 제공할 수 있도록 상대적으로 두꺼운 두께를 가지는 것이 바람직하다. 그러나, 기판의 두께가 두꺼워질수록 이중 편파를 지원하는 방사체에서 포트(편파)간 격리도 특성이 열화되는 문제점이 발생하며, 본 발명의 단일 방사체는 포트간 격리도를 향상시킬 수 있는 구조를 제안한다.

기판(100)의 상부에는 급전 신호의 방사를 위한 금속 패턴들이 형성되고, 기판(100)의 하부에는 접지면(300)이 형성된다.

도 2는 도 1에 도시된 단일 방사체의 기판 상부면을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 대역 위상 배열 안테나에서 단일 방사체의 기판(100) 상부에는 방사 패치(200), 두 개의 T형 프로브(210, 220) 및 두 개의 접지 패턴(230, 240)이 형성된다.

방사 패치(200)는 금속 재질로 이루어지며 급전되는 RF 신호를 방사하는 기능을 한다. 방사 패치(200)의 사이즈는 방사되는 RF 신호의 주파수에 기초하여 결정될 수 있다. 일례로, 5G NR 대역에서 사용될 경우 방사 패치(200)는 가로 길이 2.8mm, 세로 길이 2.8mm를 가지는 사각형 구조를 가질 수 있다.

본 발명은 방사 패치(200)에 직접 급전을 수행하지 아니하며, 두 개의 T형 프로브(210, 220)를 이용한 커플링 급전을 수행한다. 제1 T형 프로브(210)는 방사 패치(200)의 4개의 측면 중 제1 측면과 인접하여 배치되며, 커플링 급전을 위해 방사 패치(200)와 전기적으로 연결되지 않는다. 제2 T형 프로브(220)는 방사 패치(200)의 4개의 측면 중 제2 측면과 인접하여 배치되며, 제2 T형 브로브 역시 커플링 급전을 위해 방사 패치(200)와 전기적으로 연결되지 않는다.

T형 프로브(210, 220)는 수평 부재(210a)의 중심에 수직 부재(210b)가 직교하여 결합하는 형태를 가진다. T형 프로브(210, 220)의 수평 부재(210a)는 인접하는 방사 패치의 측면과 평행하게 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수평 부재(210a)의 길이는 인접하는 방사 패치의 측면과 동일한 길이를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

T형 프로브의 수직 부재(210b)의 제1 종단은 수평 부재(210a)의 중앙에 결합되며, 수직 부재(210b)의 제2 종단에는 급전 신호가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판을 관통하여 형성되는 급전 비아홀에 형성되는 급전 비아핀(110, 150)을 이용하여 각 T형 프로브(210, 220)에 급전 신호를 제공한다.

제1 T형 프로브(210)에는 수평 편파 신호가 급전되며, 제2 T형 프로브(220)에는 수직 편파 신호가 급전된다. 서로 직교하는 수평 편파 신호와 수직 편파 신호는 T형 프로브(210, 220)에 의해 커플링을 통해 방사 패치(200)로 전달되며, 방사 패치(200)는 수평 편파 신호와 수직 편파 신호를 동시에 방사한다. 한편, 급전 비아핀(110, 150)은 급전 신호를 제공하는 전송 선로(예를 들어, 동축 케이블)의 내심과 전기적으로 연결될 수 있다.

일반적으로, 다중 편파 급전은 두 개의 포트가 방사 패치에 직접 직교하는 편파 신호를 제공하는 구조를 가진다. 그러나, 본 발명과 같이 광대역이 요구되는 환경에서는 두꺼운 기판의 사용이 요구되고, 두꺼운 기판이 사용될 때에는 일반적인 급전 구조로 다중 편파 급전을 수행할 때 편파간 격리도를 확보하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 두 개의 T형 프로브(210, 220)를 이용하여 커플링 급전을 수행하는 구조를 제안한다. T형 프로브(210, 220)를 이용하는 구조에 의해 보다 작은 사이즈의 방사 패치를 사용하는 것이 가능하며, T형 프로브(210, 220)를 통해 방사 패치의 소형화를 도모할 수도 있다.

한편, 기판(100) 상부에는 각 T형 프로브(210, 220)와 이격되어 배치되는 두 개의 접지 패턴(230, 240)이 형성된다. 접지 패턴(230, 240)은 전기적으로 접지 전위를 가지며 반원 고리 형상을 가질 수 있다.

접지 패턴(230, 240)이 전기적으로 접지 전위를 유지할 수 있도록 기판(100) 하부의 접지면(300)과 전기적으로 연결되면서 기판(100)을 관통하는 다수의 접지 비아핀(120, 130, 140, 160, 170, 180)이 접지 패턴(230, 240)과 전기적으로 연결된다.

제1 내지 제3 접지 비아핀(120, 130, 140)은 제1 접지 패턴(230)과 전기적으로 연결되며, 제4 내지 제6 접지 비아핀(160, 170, 180)은 제2 접지 패턴(240)과 전기적으로 연결된다.

반원 형태의 접지 패턴(230, 240)은 T형 프로브에서 수직 부재의 종단부를 반원으로 감싸는 구조를 가지도록 배치될 수 있다.

접지 패턴(230, 240)은 보다 효율적인 임피던스 매칭을 위해 형성될 수 있으며, 임피던스 매칭 향상을 통해 방사되는 신호의 이득을 증가시킬 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 단일 방사체의 기판 하부면을 나타낸 도면이며, 도 4는 단일 방사체의 기판 상부면 및 기판 하부면을 오버랩하여 도시한 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 기판(100)의 하부에는 접지면(300)이 형성된다. 접지면(300)은 전송 선로의 접지와 전기적으로 연결되어 접지 전위를 유지할 수 있다. 일례로, 동축 케이블이 전송 선로로 사용될 경우, 동축 케이블의 외심이 접지면(300)과 전기적으로 연결되어 접지면(300)이 접지 전위를 유지하도록 할 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 접지면에는 두 개의 슬롯(350, 360)이 형성된다. 두 개의 슬롯(350, 360)은 접지면의 일부 영역이 제거되는 Defected Ground 형태를 가진다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 두 개의 슬롯(350, 360)의 중심이 방사 패치의 두 개의 모서리와 상하로 일치하도록 그 위치가 설정될 수 있다. 제1 슬롯(350)의 중심은 방사 패치(200)의 제1 모서리와 상하로 일치하도록 그 위치가 설정될 수 있으며, 제2 슬롯(360)은 방사 패치(200)의 제1 모서리와 대각선으로 대향하는 제2 모서리와 상하로 일치하도록 그 위치가 설정될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 두 개의 슬롯(350, 360) 각각은 '+' 형태를 가지는 것이 바람직하며, 두 개의 슬롯의 사이즈 및 형태는 동일한 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 모서리는 제1 T형 프로브(210)와 인접하는 방사 패치의 제1 측면 및 제2 T형 프로브(220)와 인접하는 제2 측면이 교차하는 모서리일 수 있다.

제1 모서리 및 이와 대각선으로 대향하는 제2 모서리와 중심이 일치하는 두 개의 슬롯(350, 360)에 의해 편파간 격리도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시에에 따른 단일 방사체의 구조를 스텝 단위로 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 방사체에서 스텝 구조별 반사 계수를 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 방사체에서 스텝 구조별 전달 계수(격리도)를 나타낸 그래프이다.

도 5를 참조하면, 스텝 1은 종래의 프로브 타입으로 이중 편파가 직접 급전되는 구조를 나타낸 도면이고, 스텝 2는 본 발명의 T형 프로브와 접지 패턴을 이용하여 커플링 급전이 이루어지는 구조를 나타낸 도면이며, 스텝 3는 T형 프로브 및 접지 패턴이 형성되면서 접지면에 제1 슬롯이 형성되는 구조를 나타낸 도면이고, 스텝 4는 접지면에 제1 슬롯 및 제2 슬롯이 모두 형성되는 구조를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 스텝 1 구조 내지 스텝 4 구조의 방사체들은 모두 NR 대역에서 공진하고 있는 것을 확인할 수 있다.

그러나, 도 7을 참조하면, 스텝 1 내지 스텝4 구조 각각의 안테나는 격리도 특성에서 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다.

스텝 1의 안테나는 두꺼운 기판에 프로브로 직접 급전을 수행할 때 프로브의 인덕턴스 성분에 의해 편파간 격리도가 현저히 감소하는 것을 확인할 수 있다. 그러나, T형 프로브를 이용한 커플링 급전이 이루어질 때 편파간 견리도가 NR 대역에서 향상되는 것을 도 7을 통해 확인할 수 있다.

스텝 2의 구조에 의해 격리도가 개선되기는 하나 256-QAM 등에서 요구하는 높은 격리도를 확보하지는 못한다. 스텝 3의 구조와 같이 하나의 + 형태의 슬롯을 제1 모서리 하부에 형성할 경우 격리도가 향상되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 스텝 4와 같이 제1 모서리와 대각선으로 대향하는 제2 모서리에 슬롯을 추가할 경우 더 높은 격리도가 확보되는 것을 확인할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나에서 단일 방사체의 제2 구조를 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 방사체의 제2 구조는 제1 구조와 비교하여 제2 기판(800), 제2 접지면(810) 및 접착층 레이어(820)가 추가된 구조이다.

제2 구조에서 추가되는 제2 기판(800), 제2 접지면(810) 및 접착층 레이어(820)는 AiP(Antenna in Pakage) 구조를 위해 추가될 수 있으며, 필요한 회로는 제2 기판(800)의 하부면에 형성될 수 있다.

제2 접지면(810)은 제2 기판(800)의 상부면에 형성되면 제2 기판(810)의 하부면에 형성되는 회로들의 접지 전위를 제공한다. 제2 접지면(810)과 접지면(800)이 전기적으로 결합되지 않도록 접지면(300)과 제2 접지면(810) 사이에는 접착층 레이어(820)가 형성된다.

도 9는 본 발명의 일 실시에에 따른 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나는 도 1 또는 도 8에 도시된 단일 방사체가 다수개 배열된 구조를 가진다.

각 방사체로 급전되는 신호의 위상은 페이즈 쉬프터(미도시)와 같은 위상 천이 수단에 의해 조절되며, 이러한 위상 조절을 통해 원하는 빔 패턴이 형성되도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 안테나에는 서브 어레이가 정의되고, 본 발명의 안테나는 서브 어레이가 다수개 배열된 구조를 가진다. 하나의 서브 어레이는 미리 설정된 개수의 단일 방사체를 포함한다.

도 9에는 4개의 서브 어레이(900, 910, 920, 930)가 배열된 경우가 도시되어 있으며, 서브 어레이의 개수는 요구되는 이득 및 특성에 기초하여 다양하게 변경될 수 있을 것이다.

각 서브 어레이 (900, 910, 920, 930)에는 미리 설정된 개수의 단일 방사체가 배열된다. 도 9에는 4개의 단일 방사체가 2 X 2 배열 구조를 형성하면서 배열된 경우가 도시되어 있으나, 서브 어레이에 포함되는 단일 방사체의 수 및 배열 구조 역시 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 하나의 서브 어레이에 포함되는 단일 방사체는 서로 다른 방향으로 급전을 받도록 설정된다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 방사체는 두개의 T형 프로브를 이용하여 두 개의 측면에서 커플링 급전을 받는다. 이때, 하나의 서브 어레이에 포함된 단일 방사체 각각은 급전을 받는 두 개의 측면 중 적어도 하나가 서로 상이하도록 급전 구조가 설정되는 것이다.

도 9의 제1 서브 어레이(900)를 살펴보면, 4개의 단일 방사체(950, 952, 954, 956)가 배열되어 있다. 제1 단일 방사체(950)는 좌측면 및 상부 측면에 T형 프로브가 형성되어 좌측면 및 상부 측면으로부터 급전을 받는다. 제2 단일 방사체(952)는 상부 측면 및 우측면에 T형 프로브가 형성되어 상부 측면 및 우측면으로부터 급전을 받는다. 제3 단일 방사체(954)는 우측면 및 하부 측면에 T형 프로브가 형성되어 우측면 및 하부 측면으로부터 급전을 받는다. 제4 단일 방사체(956)는 좌측면 및 하부 측면에 T형 프로브가 형성되어 좌측면 및 하부 측면으로부터 급전을 받는다.

도 9에 도시된 바와 같이, 하나의 서브 어레이에 포함된 단일 방사체들의 급전 방향은 시계 방향으로 회전하면서 변경될 수 있다. 물론, 이는 일 실시예이며, 반시계 방향으로 회전하면서 급전 방향이 변경될 수도 있을 것이다.

하나의 서브 어레이 내에서 방사체들의 급전 방향을 변경함으로써 다중 편파에서 높은 편파 분리도를 구현할 수 있다.

편파 분리도는 편파에 대한 영향을 방사 패턴 관점에서 살펴보는 것으로서, 포트 관점에서 편파에 대한 영향을 살펴보는 편파 격리도와는 상이하다. 일레로, 편파 격리도는 단일 방사체에서 수평 편파 신호가 수직 편파 신호의 급전 포트에 어느 정도 영향을 주는 지에 대한 지표라고 할 수 있으며, 편파 분리도는 어레이를 구성하는 다수 방사체들의 수평 편파 신호의 방사 패턴에 수직 편파 신호의 성분이 어느 정도 영향을 주는 지에 대한 지표라고 할 수 있다.

도 9에 도시된 서브 어레이를 구성하는 방사체들의 회전 급전 구조는 편파 분리도를 향상시키나 각 방사체의 편파 격리도에 악영향을 줄 수 있다. 이러한 영향을 방지하기 위해 각 서브 어레이 영역에는 슬릿(980)이 형성된다. 슬릿(980)은 접지면(300)을 제거하는 형태로 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 서브 어레이의 중심을 기준으로 'X'자 형태의 슬릿이 형성될 수 있다. '도 9에 도시된 바와 같이, X'자 형태의 슬릿(980)은 단일 방사체들의 제1 슬롯(350)과 연결될 수 있다.

한편, 본 발명의 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나는 다수의 서브 어레이의 배열을 통해 형성되는 전체 어레이를 둘러싸는 다수의 기생 패치(990)를 포함한다.

도 9를 참조하면, 직사각형 구조를 형성하면서 배열된 방사체들을 둘러싸는 기생 패치들이 도시되어 있다. 기생 패치(990)들은 접지 또는 급전 신호와 연결되지 아니하며 전기적으로 플로팅 상태이다.

기생 패치(990)들은 제1 슬롯(350) 및 제2 슬롯(360)으로 인해 발생하는 표면파들을 억제하는 기능을 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기생 패치들의 사이즈는 각 방사체의 방사 패치(200)의 사이즈에 비해 작게 설정되는 것이 바람직하다.

도 10은 본 발명의 일 실시에에 따른 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나에서 서브 어레이의 다양한 케이스를 나타낸 도면이다.

도 10에서, 케이스1의 구조는 도 9에 도시된 급전 방향이 회전 구조를 형성하면서 변경되는 구조가 채용되지 않고 모든 방사체가 동일한 방향으로 급전을 받는 구조이다.

케이스2의 구조는 급전 방향이 회전 구조를 형성하면서 변경되는 구조이나 'X'자형 슬릿이 서브 어레이에 형성되지 않은 구조이다.

케이스3의 구조는 회전 급전과 'X'자형 슬릿이 모두 적용된 구조이다.

도 11은 도 10에 도시된 케이스별로 H평면(yz 평면) 방사 패턴 및 E 평면(xz 평면) 방사 각도별 이득을 나타낸 그래프이다.

도 11에는 각 케이스별로 H 평면에서의 방사 각도별 이득 및 E 평면에서의 방사 각도별 이득이 도시되어 있다.

도 11을 참조하면, 케이스1에 비해 케이스2 및 케이스 3의 게인이 더 큰 것을 확인할 수 있으며, 이는 의도하지 않는 편파 성분에 대한 영향이 더 작다는 것을 의미한다. 따라서, 회전 급전 구조를 적용할 때 편파 분리도가 향상된다는 것을 도 11에 도시된 그래프로부터 확인할 수 있다.

한편, 점선으로 표시된 교차 편파 신호의 크기가 케이스3 구조에서 현저히 작아지는 것을 확인할 수 있으며, 서브 어레이에 형성된 'X'자형 슬릿으로 인해 편파 격리도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

1. 기판;
   상기 기판 하부에 형성되는 접지면;
   상기 기판 상부에 배열되는 다수의 방사체를 포함하되,
   상기 다수의 방사체 각각은,
   방사 패치, 상기 방사 패치의 제1 측면에 인접하여 배치되는 제1 T형 프로브, 상기 방사 패치의 제2 측면에 인접하여 배치되는 제2 T형 프로브를 포함하고,
   상기 제1 T형 프로브에는 제1 편파 신호가 제공되고, 상기 제2 T형 프로브에는 제2 편파 신호가 제공되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 T형 프로브의 종단에는 상기 기판을 관통하는 제1 급전 비아핀이 결합되고, 상기 제1 급전 비아핀을 통해 상기 제1 T형 프로브에 제1 편파 신화가 제공되며, 상기 제2 T형 프로브의 종단에는 상기 기판을 관통하는 제2 급전 비아핀이 결합되고, 상기 제2 급전 비아핀을 통해 상기 제2 T형 프로브에 제2 편파 신호가 제공되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 방사체 각각은 상기 제1 T형 프로브와 인접하여 배치되며 전기적으로 접지 전위를 가지는 제1 접지 패턴 및 상기 제2 T형 프로브와 인접하여 배치되며 전기적으로 접지 전위를 가지는 제2 접지 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 다수의 방사체 각각은 상기 제1 접지 패턴 및 상기 제2 접지 패턴과 상기 접지면을 전기적으로 연결하는 다수의 접지 비아핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 접지면에는 상기 방사 패치의 제1 모서리 하부에 제1 슬롯이 형성되며, 상기 제1 모서리는 상기 제1 및 제2 T형 프로브와 인접하는 측면들이 교차하는 모서리인 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 접지면에는 상기 제1 모서리와 대각선으로 대향하는 제2 모서리 하부에 제2 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
   
7. 제1항에 있어서,
   미리 설정된 수의 상기 방사체가 배열되는 서브 어레이가 형성되고, 상기 서브 어레이가 다수개 배열되어 전체적인 어레이가 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 서브 어레이에 포함되는 방사체들은 서로 다른 방향에서 상기 T형 프로브들로부터 급전되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 접지면에는 상기 서브 어레이 영역별로 'X'자형 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
   
10. 제7항에 있어서,
    상기 전체적인 어레이를 둘러싸도록 배치되는 다수의 기생 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
    
11. 기판;
    상기 기판 하부에 형성되는 접지면;
    상기 기판 상부에 배열되는 다수의 방사체를 포함하되,
    상기 다수의 방사체 각각은 방사 패치를 포함하고,
    상기 방사 패치는 제1 측면으로 제1 편파 신호를 커플링 방식으로 급전받고, 제2 측면으로 제2 편파 신호를 커플링 방식으로 급전받으며,
    미리 설정된 수의 상기 방사체가 배열되는 서브 어레이가 형성되고, 상기 서브 어레이가 다수개 배열되어 전체적인 어레이가 형성되고,
    상기 서브 어레이에 포함되는 방사체들은 서로 다른 방향에서 커플링 급전을 받는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 다수의 방사체 각각은 상기 제1 측면으로 상기 제1 편파 신호를 급전하기 위해 상기 제1 측면에 인접하여 배치되는 제1 T형 프로브 및 상기 제2 측면으로 제2 편파 신호를 급전하기 위해 상기 제2 측면에 인접하여 배치되는 제2 T형 프로브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 편파 위상 배열 안테나.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 다수의 방사체 각각은 상기 제1 T형 프로브와 인접하여 배치되며 전기적으로 접지 전위를 가지는 제1 접지 패턴 및 상기 제2 T형 프로브와 인접하여 배치되며 전기적으로 접지 전위를 가지는 제2 접지 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 접지면에는 상기 방사 패치의 제1 모서리 하부에 제1 슬롯이 형성되며, 상기 제1 모서리는 상기 제1 및 제2 T형 프로브와 인접하는 측면들이 교차하는 모서리이고,
    상기 접지면에는 상기 제1 모서리와 대각선으로 대향하는 제2 모서리 하부에 제2 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
    
15. 제11항에 있어서,
    상기 접지면에는 상기 서브 어레이 영역별로 'X'자형 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 대역 이중 편파 위상 배열 안테나.
    
    
    
    
    
    

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