KR20220153791A - 위성신호 수신용 안테나 장치 - Google Patents

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KR20220153791A KR1020210061201A KR20210061201A KR20220153791A KR 20220153791 A KR20220153791 A KR 20220153791A KR 1020210061201 A KR1020210061201 A KR 1020210061201A KR 20210061201 A KR20210061201 A KR 20210061201A KR 20220153791 A KR20220153791 A KR 20220153791A
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Abstract

원형편파 형성 방사체에 의한 방사 특성에서 널포인트(Null Point)를 최소화시킬 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)는, 원형편파 형성을 위한 메인슬롯(112)을 갖는 원형편파 형성 방사체(110); 상기 원형편파 형성 방사체(110)를 지지하는 인쇄회로기판(130); 상기 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 복수개의 변들 중 적어도 하나의 변으로부터 상기 인쇄회로기판(130)까지 연장되어 형성되고, 상기 원형편파 형성 방사체(110)에 의한 방사 특성에서 널포인트(Null Point)를 제거하는 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d); 및 상기 인쇄회로기판(130)에 배치된 통신칩(210)으로부터 공급되는 급전신호를 상기 원형편파 형성 방사체(110)로 전달하는 급전핀(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.

Description

위성신호 수신용 안테나 장치{Antenna Device for Receiving Satellite Signal}
본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 위성신호 수신용 안테나 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이동 멀티미디어 정보, 방송 서비스 혹은 현재 위치와 전자 지도 서비스를 이용하기 위한 위성 신호 수신기는 마이크로 스트립 패치 안테나(Microstrip patch antenna)를 사용한다.
구체적으로, 위성에서는 전리층의 간섭과 지상에서 반사되는 다중 경로 신호(잡음)의 영향을 최소화할 수 있도록 위성 신호 송신 시에 원형 편파(Circular Polarization) 안테나를 사용하며, GPS(Global Positioning System)는 우현 편파(Right Hands Circular Polarization: RHCP), SXM(SiriusXM)은 좌현 편파(Left Hands Circular Polarization: LHCP)로 송신한다.
이에 따라, 수신기에서는 이와 같은 위성 신호를 수신하기 위하여 원형 편파(Circular Polarization) 안테나를 사용하는 것이 바람직하며, 여러 종류의 원형 편파 안테나 가운데 소형화가 가능한 패치 안테나가 많이 이용되고 있다.
패치 안테나는 중량이 가볍고, 공간을 적게 차지하는 평면적 구조를 가지면서도 주어진 공간내에서 가장 큰 이득과 지향성을 보유할 수 있는 장점이 있는 안테나로서, 단독으로 사용되거나 LNA(Low Noise Amplifier) 증폭단과 함께 사용되며, 주로 GPS, GNSS(Global Navigation Satellite System), SXM 등의 응용기기에 적용되고 있다.
일반적인 패치 안테나는 기판 상에 원형편파 형성을 위한 슬롯을 갖는 방사체 패치를 그라운드 플레이트를 갖는 지지기판 상에 배치함에 의해 형성된다. 하지만, 이와 같은 종래의 패치 안테나는 지향성을 갖는 특성으로 인해 방사 특성 상에서 주방사 방향이 90도라면 0도와 180에서 널포인트(Null Point)가 발생할 수밖에 없고, 이로 인해 음영지역이 발생하므로 위성 통신 시스템의 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
한편, 원형 편파 안테나로 칩 안테나를 이용하는 경우, 칩 안테나는 양산화가용이하다는 장점이 있지만, 일반적으로 협대역으로 구현되기 때문에 주변 영향에 따라 손실이 커진다는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원형편파 형성 방사체에 의한 방사 특성에서 널포인트(Null Point)를 최소화 시킬 수 있는 위성신호 수신용 안테나 장치를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 원형편파 형성 방사체의 크기나 위치 변화에 따른 안테나의 효율변화를 보상할 수 있는 위성신호 수신용 안테나 장치를 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)는, 원형편파 형성을 위한 메인슬롯(112)을 갖는 원형편파 형성 방사체(110); 상기 원형편파 형성 방사체(110)를 지지하는 인쇄회로기판(130); 상기 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 복수개의 변들 중 적어도 하나의 변으로부터 상기 인쇄회로기판(130)까지 연장되어 형성되고, 상기 원형편파 형성 방사체(110)에 의한 방사 특성에서 널포인트(Null Point)를 제거하는 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d); 및 상기 인쇄회로기판(130)에 배치된 통신칩(210)으로부터 공급되는 급전신호를 상기 원형편파 형성 방사체(110)로 전달하는 급전핀(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
상기 원형편파 형성 방사체(110)는 사각 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)는 상기 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 4개의 변들 중 적어도 2개의 변으로부터 각 변에 수직한 방향으로 연장되어 상기 인쇄회로기판(130)에 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)는 서로 동일한 간격으로 이격되어 상기 원형편파 형성 방사체(110)에 형성될 수 있다.
이때, 상기 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)의 높이(H)는 원형편파 형성 방사체(110)의 장변(예컨대, 도번 110c) 길이 대비 27% 내지 33%로 형성될 수 있고, 각 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)는 동일한 높이(H) 및 동일한 폭(W)을 갖도록 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 원형편파 형성 방사체(110)의 장변은 원형편파 형성 방사체(110)의 4개의 변들 중 가장 긴 변을 의미하는 것일 수 있다.
한편, 상기 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)는 상기 인쇄회로기판(130)의 비도전층 영역 내에서 솔더링을 통해 상기 인쇄회로기판(130)에 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)는, 상기 원형편파 형성 방사체(110)로부터 상기 인쇄회로기판(130) 방향으로 미리 정해진 벤딩각도로 벤딩되어 연장된 효율 보상용 방사체(150)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 원형편파 형성 방사체(110)는 사각 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 효율 보상용 방사체(150)는 상기 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 4개의 변들 중 적어도 2개의 변으로부터 상기 인쇄회로기판(130) 방향으로 상기 벤딩각도로 연장되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 효율 보상용 방사체(150)는 상기 4개의 변들 중 서로 마주보는 2개의 변에 각각 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 벤딩각도는 상기 인쇄회로기판(130)에 수직한 방향을 기준으로 30도 내지 60도일 수 있고, 상기 효율 보상용 방사체(150)는 직사각형 형상으로 형성되는 경우 상기 효율 보상용 방사체(150)의 장변 길이(L1)는 상기 원형편파 형성 방사체(110)의 일변 길이보다 짧게 형성되고, 상기 효율 보상용 방사체(150)의 단변 길이(L2)는 상기 원형편파 형성 방사체(110)의 장변 길이 대비 10% 내지 15%로 형성될 수 있다.
한편, 상기 메인슬롯(112)은 상기 원형편파 형성 방사체(110) 내에서 대각선 방향으로 형성되고, 상기 원형편파 형성 방사체(110)에는 상기 메인슬롯(112)의 일단에서 상기 원형편파 형성 방사체(110)의 일변에 평행한 제1 방향으로 연장되어 형성된 제1 연장슬롯(114)과, 상기 메인슬롯(112)의 타단에서 상기 원형편파 형성 방사체(110)의 일변에 평행하되 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 연장되어 형성된 제2 연장슬롯(116)이 추가로 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1 및 제2 연장슬롯(114, 116)의 길이는 상기 메인슬롯(112)의 길이보다 짧게 형성될 수 있고, 상기 제1 및 제2 연장슬롯(114, 116)은 상기 원형편파 형성 방사체(110)의 4개의 변들 중 상기 효율 보상용 방사체(150)가 형성되어 있는 2개의 변에 평행한 방향으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 통신칩(210)은 상기 인쇄회로기판(130)의 하면에 형성될 수 있고, 이러한 경우 상기 급전핀(140)의 일단은 상기 인쇄회로기판(130)을 관통하여 상기 통신칩(210)에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 원형편파 형성 방사체에 복수개의 널포인트 보상용 방사체를 추가로 형성함으로써 인쇄회로기판과 원형편파 형성 방사체 간의 간격을 확보할 수 있어 원형편파 형성 방사체에 의한 방사 특성 상에서 널포인트를 최소화할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 원형편파 형성 방사체에 의한 방사 특성 상에서 널포인트를 최소화함으로써 일반적인 GPS 안테나 또는 GNSS 안테나에 비해 음영지역을 감소시킴과 동시에 이용 가능한 주파수 대역폭 확장을 통한 광대역 통신 서비스를 제공할 수 있어 위성 통신 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 널포인트 보상용 방사체가 널포인트 제거는 물론 원형편파 형성 방사체의 지지기능을 동시에 수행할 수 있기 때문에, 원형편파 형성 방사체를 지지하기 위한 별도의 추가구성이 요구되지 않아 안테나 크기를 감소시킬 수 있고, 이를 통해 위성 통신 시스템을 소형화 할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 원형편파 형성 방사체의 변들 중 적어도 하나의 변에서 연장되는 효율 보상용 방사체의 접지면 방향으로의 벤딩각도를 조절하여 인쇄회로기판 상에서 원형편파 형성 방사체의 크기 및 위치에 따라 변화되는 안테나 효율을 보상할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 패치 안테나의 2D 방사 패턴 상에서 널포인트를 보여주는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 위성 신호 수신용 안테나의 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 위성 신호 수신용 안테나의 평면도이다.
도 2c는 도 2a에 도시된 위성 신호 수신용 안테나를 A-A'측에서 바라본 측면도이다.
도 3은 널포인트 보상용 방사체의 높이 변화에 따른 방사패턴 및 VSWR을 보여주는 도면이다.
도 4는 인쇄회로기판의 비도전층 영역 내에 형성되는 솔더링 영역의 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 효율 보상용 방사체의 벤딩각도 및 단변길이의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 효율 보상용 방사체의 벤딩각도 변화에 따른 방사패턴 및 VSWR을 보여주는 도면이다.
도 7은 효율 보상용 방사체의 단변길이 변화에 따른 방사패턴 및 VSWR을 보여주는 도면이다.
도 8은 일반적인 패치 안테나와 본 발명에 따른 위성 신호 수신용 안테나의 VSWR가 비교하여 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 위성 신호 수신용 안테나의 2D 방사 패턴을 보여주는 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
“또는”이라는 용어는 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, “A 또는 B”는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 위성 통신 시스템에 적용되는 위성 신호 수신용 안테나의 구성을 보여주는 도면이다. 구체적으로, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 위성 신호 수신용 안테나의 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 위성 신호 수신용 안테나의 평면도이며, 도 2c는 도 2a에 도시된 위성 신호 수신용 안테나를 A-A'측에서 바라본 측면도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)는 원형편파 형성 방사체(110), 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d). 인쇄회로기판(130), 및 급전핀(140)을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)는 효율 보상용 방사체(150)를 추가로 포함할 수 있다.
원형편파 형성 방사체(110)는 위성에서 송출되는 송출신호를 수신하기 위해 원형편파를 형성한다. 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 원형편파 형성 방사체(110)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 4개의 변(110a~110d)을 갖는 사각 플레이트 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)가 원형편파 형성 방사체(110)를 이용하여 원형편파를 형성하는 이유는, 방송을 송신하는 위성의 송출 신호는 대부분 원형편파를 사용하고, DMB나 GPS위성과 같은 경우 우선회 원형편파(RHCP: Right-Hand Circular Polarized Wave)를 송출하므로 지상에서 송출신호를 수신하기 위한 위성 수신용 안테나 장치(100) 또한 동일 편파 특성을 갖는 우선회 원형편파(RHCP) 안테나를 사용하여야 하기 때문이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 원형편파 형성 방사체(110)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 원형편파 형성을 위한 메인슬롯(112)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 메인슬롯(112)은 원형편파 형성 방사체(110) 내에서 대각선 방향으로 형성될 수 있다. 이때, 필요에 따라 메인슬롯(112)이 형성되는 대각선 방향을 변경함으로써 우선회 원형편파를 수신할 수 있는 안테나 또는 좌선회 원형편파(LHCP: Left-Hand Circular Polarized Wave)를 수신할 수 있는 안테나를 구현할 수 있다.
구체적으로, 메인슬롯(112)이 도 2에 도시된 바와 같은 우측상방에서 좌측하방으로 향하는 대각선 방향으로 형성되는 경우 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)는 우선회 원형편파를 수신할 수 있다. 이와 달리 메인슬롯(112)이 좌측상방에서 우측하방으로 향하는 대각선 방향으로 형성되는 경우 위성 신호 수신용 안테나 장치(100) 좌선회 원형편파를 수신할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 원형편파 형성 방사체(110)는 도 2a 및 도 2b에도시된 바와 같이, 제1 및 제2 연장 슬롯(114, 116) 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다. 도 2a 및 도 2b에서는 설명의 편의를 위해, 원형편파 형성 방사체(110)가 제1 및 제2 연장 슬롯(114, 116)을 모두 포함하는 것으로 도시하였지만, 이는 하나의 예일뿐, 원형편파 형성 방사체(110)는 제1 연장 슬롯(114) 또는 제2 연장 슬롯(116) 중 어느 하나만을 포함할 수도 있다.
먼저, 제1 연장 슬롯(114)은 메인슬롯(112)의 일단에서 원형편파 형성 방사체(110)의 제4 변(110d)에 평행한 방향으로 연장되어 형성되고, 제2 연장 슬롯(116)은 메인슬롯(112)의 타단에서 원형편파 형성 방사체(110)의 제4 변(110d)에 대향되는 제2 변(110b)에 평행한 방향으로 연장되어 형성된다.
이때, 제1 연장슬롯(114)과 제2 연장슬롯(116)은 메인슬롯(112)의 일단 및 타단에서 서로 반대방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 연장슬롯(114)이 메인슬롯(112)의 일단에서 제1 방향(D1)으로 연장되어 형성되는 경우, 제2 연장슬롯(116)은 메인슬롯(112)의 타단에서 제1 방향(D1)에 반대되는 제2 방향(D2)으로 연장되어 형성될 수 있다.
상술한 실시예에 있어서, 제1 및 제2 연장슬롯(112, 114)의 길이는 메인슬롯(112)의 길이보다 짧게 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 원형편파 형성 방사체(110)가 메인슬롯(112) 이외에 제1 및 제2 연장슬롯(114, 116)을 추가로 포함함으로써, 본 발명에 따른 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)가 우선회 원형편파(RHCP)를 형성할 때 축비(Axial Ratio)를 개선시킬 수 있게 된다.
상술한 실시예에 있어서, 원형편파 형성 방사체(110)는, 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐, 크롬, 그 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나의 재료를 이용하여 형성될 수 있다.
다시 도 2a 및 도 2c를 참조하면, 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)는 원형편파 형성 방사체(110)로부터 인쇄회로기판(130)까지 연장되어 형성되고, 원형편파 형성 방사체(110)에 의한 방사 특성에서 널포인트(Null Point)을 제거한다.
일 실시예에 있어서, 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)는 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 4개의 변(110a~110d)에 각각 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 널포인트 보상용 방사체(120a~120d) 각각은 원형편파 형성 방사체(110)의 각 변(110a~110d)의 한 쪽 끝에 위치한 영역들(112a~112d)에서 해당 변(110a~110d)으로부터 수직한 방향으로 연장되어 인쇄회로기판(130)에 연결된다. 이때, 각 널포인트 보상용 방사체(110a~110d)는 서로 동일한 간격으로 이격되어 원형편파 형성 방사체(110)에 형성될 수 있다.
즉, 제1 널포인트 보상용 방사체(120a)는 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 제1 변(110a)의 한 쪽 끝 부분인 제1 영역(112a)으로부터 연장되어 형성되고, 제2 널포인트 보상용 방사체(120b)는 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 제2 변(110b)의 한 쪽 끝 부분인 제2 영역(112b)으로부터 연장되어 형성되며, 제3 널포인트 보상용 방사체(120c)는 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 제3 변(110c)의 한 쪽 끝 부분인 제3 영역(112c)으로부터 연장되어 형성되고, 제4 널포인트 보상용 방사체(120d)는 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 제4 변(110d)의 한 쪽 끝 부분인 제4 영역(112d)으로부터 연장되어 형성된다.
이에 따라, 도 2a 및 도 2b에서 알 수 있듯이, 제1 및 제3 널포인트 보상용 방사체(120a, 120c)는 원형편파 형성 방사체(110) 상에서 서로 평행하도록 연장되고, 제2 및 제4 널포인트 보상용 방사체(120b, 120d)는 원형편파 형성 방사체(110)상에서 서로 평행하도록 형성됨을 알 수 있다. 또한, 제1/제3 널포인트 보상용 방사체(120a/120c)와 제2/제4 널포인트 보상용 방사체(120b/120d)는 원형편파 형성 방사체(110)상에서 서로 수직한 방향으로 형성됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 실시예에 따를 때, 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)는 모든 방향에서 균일한 방사성능이 확보될 수 있도록 모두 동일한 높이(H) 및 동일한 폭(W)을 갖도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)는 도 2a 및 도 2c에도시된 바와 같이, 원형편파 형성 방사체(110)의 장변 길이 대비 27% 내지 33%로 형성될 수 있다. 예컨대, 원형편파 형성 방사체(110)의 장변 길이가 약 30mm인 경우, 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)는 8mm 내지 10mm의 높이(H)를 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)의 높이(H)는 인쇄회로기판(130)의 상면으로부터 원형편파 형성 방사체(110)까지의 수직방향으로의 길이를 의미한다.
본 발명에서 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)가 원형편파 형성 방사체(110)의 장변 길이 대비 27% 내지 33%의 높이(H)를 갖도록 형성하는 이유는 도 3에 도시된 바와 같이, 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)의 높이(H)가 원형편파 형성 방사체(110)의 장변 길이 대비 27% (예컨대, 대략 8mm) 보다 작은 경우 피크 게인(Peak Gain) 지점(C1)의 값이 0dBic 이하이거나, D1부위에서 알 수 있듯이 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)의 VSWR특성이 2.0:1 이하의 범위를 만족시키지 못하기 때문이다. 또한, 방사체(120a~120d)의 높이(H)가 원형편파 형성 방사체(110)의 장변 길이 대비 33%(예컨대, 대략 10mm)보다 큰 경우 임피던스 부정합으로 인한 특성저하가 발생하고, 다른 조건의 변경을 통해 임피던스 정합이 가능하다 하더라도 방사체(120a~120d)의 높이(H) 증가로 인해 위성 신호 수신용 안테나(100)의 부피가 증가하게 된다는 문제점이 발생하기 때문이다.
따라서, 본 발명에서는 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)가 원형편파 형성 방사체(110)의 장변 길이 대비 27% 내지 33%의 높이(H)를 갖도록 형성함으로써 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)의 VSWR특성이 2.0:1 이하의 범위를 만족시키면서도 0dBic 이상의 안테나 이득을 확보할 수 있어 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)의 방사 성능을 개선시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따르는 경우 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)에 의해 인쇄회로기판(130)과 원형편파 형성 방사체(110) 간에 공기(Air)층이 형성될 수 있기 때문에, 이러한 공기층이 유전체로써 동작할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명에 따르면 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)에 의해 인쇄회로기판(130)과 원형편파 형성 방사체(110) 사이에 형성되는 공간에 통신칩(미도시)을 배치할 수 있어, 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)를 소형화 시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)가 널포인트 제거는 물론 원형편파 형성 방사체(110)의 지지기능을 동시에 수행할 수 있기 때문에, 원형편파 형성 방사체(110)를 지지하기 위한 별도의 추가구성이 요구되지 않아 위성신호 수신용 안테나 장치(100) 크기를 더욱 감소시킬 수 있고, 이를 통해 위성 통신 시스템을 소형화 할 수 있게 된다.
다시 도 2a를 참조하면, 인쇄회로기판(130)은 원형편파 형성 방사체(110)를 지지한다. 일 실시예에 있어서, 원형편파 형성 방사체(110)는 솔더링(Soldering)을 통해 인쇄회로기판(130) 상에 고정 설치될 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 원형편파 형성 방사체(110)에서 연장되어 형성된 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)들 각각이 인쇄회로기판(130)의 비도전층(520a~520d)에 솔더링(132a~132d)을 통해 고정 설치될 수 있다.
다시 도 2a 및 도 2c를 참조하면, 급전핀(140)은 원형편파 형성 방사체(110)에 급전신호를 공급한다. 구체적으로, 급전핀(140)의 일단은 통신칩(미도시)에 전기적으로 연결되고, 급전핀(140)의 타단은 원형편파 형성 방사체(110)에 전기적으로 연결됨으로써 통신칩(미도시)으로부터 공급되는 급전신호가 급전핀(140)을 통해 원형편파 형성 방사체(110)에 공급된다.
이때, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 급전핀(140)의 타단이 원형편파 형성 방사체(110)와 전기적으로 연결되는 지점인 급전 포인트(142)는 메인슬롯(112)의 중심점(미도시)으로부터 소정 거리만큼 이격된 영역에 위치하게 된다. 일 예로, 급전 포인트(142)는 원형편파 형성 방사체(110) 상에서 메인슬롯(112)과 제1 변(110a) 사이의 영역에 위치할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 도 2c에 도시된 바와 같이 통신칩(210)이 인쇄회로기판(130)의 배면에 배치되는 경우 급전핀(140)의 일단은 인쇄회로기판(130)을 관통하여 통신칩(210)에 전기적으로 연결된다.
한편, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)는 효율 보상용 방사체(150)를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 효율 보상용 방사체(150)는 원형편파 형성 방사체(110)로부터 인쇄회로기판(130) 방향으로 미리 정해진 벤딩각도로 연장되어 형성된다.
본 발명에서 원형편파 형성 방사체(110)에서 인쇄회로기판(130) 방향으로 연장되어 형성되는 효율 보상용 방사체(150)를 추가로 포함하는 이유는, 제한된 접지면적을 포함할 수밖에 없는 인쇄회로기판(130)의 경우 원형편파 형성 방사체(110)의 크기나 인쇄회로기판(130) 상에서 원형편파 형성 방사체(110)가 배치되는 위치의 변화에 따라 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)의 효율이 변하게 되므로, 가변되는 안테나 효율을 보상함으로써 안테나 효율을 최적화 시키기 위한 것이다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 효율 보상용 방사체(150)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 4개의 변들(110a~110d) 중 적어도 2개의 변으로부터 연장되어 형성되고, 효율 보상용 방사체(150)는 인쇄회로기판(130)에 수직한 방향을 기준으로 미리 정해진 벤딩(Bending)각도(A)로 벤딩될 수 있다.
이때, 효율 보상용 방사체(150)는 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 4개의 변들(110a~110d) 중 서로 마주보는 제2 및 제4 변(110b, 110d)에서 연장되어 형성될 수 있다. 도 2a 및 도 2b에서는 효율 보상용 방사체(150)가 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 4개의 변들(110a~110d) 중 제2 및 제4 변(110b, 110d)에서 연장되어 형성되는 것으로 도시하였지만, 이는 하나의 예일뿐 효율 보상용 방사체(150)가 제1 및 제3 변(110a, 110c)에서 연장되어 형성될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 도 5에 도시된 바와 같이 벤딩각도(θ)는 30도 내지 60도일 수 있고, 이러한 실시예에 따르는 경우 효율 보상용 방사체(150)는 인쇄회로기판(130)에 수직한 방향(D3)을 기준으로 30도 내지 60도 범위 내에서 인쇄회로기판(130) 방향으로 벤딩될 수 있다.
이는 도 6에 도시된 바와 같이, 효율 보상용 방사체(150)가 인쇄회로기판(130)에 수직한 방향(D3)을 기준으로 30도 미만 또는 60도 초과의 범위에서 인쇄회로기판(130) 방향으로 벤딩되는 경우 피크 게인(Peak Gain) 지점(C2)의 값이 0dBic 이하이거나, D2부위에서 알 수 있듯이 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)의 VSWR특성이 2.0:1 이하의 범위를 만족시키지 못하지만, 효율 보상용 방사체(150)를 인쇄회로기판(130)에 수직한 방향(D2)을 기준으로 30도 내지 60도 범위 내에서 인쇄회로기판(130) 방향으로 벤딩하면 0dBic보다 큰 피크 게인(Peak Gain)의 값을 확보함과 동시에 VSWR이 2.0: 1 이하의 범위도 충족시킬 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명에 따른 효율 보상용 방사체(150)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 직사각형 형상으로 형성될 수 있고, 효율 보상용 방사체(150)의 장변(L1) 길이는 원형편파 형성 방사체(110)의 제2 또는 제4 변(110b, 110d)의 길이보다 짧게 형성되고, 효율 보상용 방사체(150)의 단변 길이(L2)는 원형편파 형성 방사체(110)의 장변 길이 대비 10% 내지 15%의 길이로 형성될 수 있다. 예컨대, 원형편파 형성 방사체(110)의 장변의 길이가 약 30mm인 경우, 효율 보사용 방차세(150)의 단변 길이(L2)는 3mm 부터 4.5mm길이 이내로 형성될 수 있다.
이는, 도 7에 도시된 바와 같이, 효율 보상용 방사체(150)의 단변 길이(L2)가 원형편파 형성 방사체(110)의 장변 길이 대비 10%(예컨대, 3mm) 미만 또는 15%(예컨대, 4.5mm)를 초과하는 경우 피크 게인(Peak Gain) 지점(C3)의 값이 0dBic 이하이거나, D3부위에서 알 수 있듯이 위성 신호 수신용 안테나 장치(100)의 VSWR특성이 2.0:1 이하의 범위를 만족시키지 못하지만, 효율 보상용 방사체(150)의 단변 길이(L2)를 원형편파 형성 방사체(110)의 장변 길이 대비 10%(예컨대, 3mm) 내지 또는 15%(예컨대, 4.5mm)의 범위로 형성하면 0dBic보다 큰 피크 게인(Peak Gain)의 값을 확보함과 동시에 VSWR 2.0:1 범위도 충족시킬 수 있기 때문이다.
즉, 본 발명에 따르면, 효율 보상용 방사체(150)는 안테나의 최적효율을 확보하기 위해 그 단변 길이(L2)를 원형편파 형성 방사체(110)의 장변 길이 대비 10% 내지 15%의 길이로 형성하되, 인쇄회로기판(130)에 수직한 방향(D3)을 기준으로 30도 내지 60도 범위 내에서 인쇄회로기판(130) 방향으로 벤딩하여 형성함으로써 VSWR이 2.0:1 이하의 범위를 충족시키도록 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 효율 보상용 방사체(150)는 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 4개의 변들(110a~110d) 중 제1 및 제2 연장슬롯(116, 118)이 형성되어 있는 변과 동일한 변(예컨대, 제2 변 및 제4 변(110b, 110d))으로부터 연장되어 형성될 수 있다.
도 8에 일반적인 패치 안테나와 본 발명에 따른 위성 신호 수신용 안테나의 VSWR가 비교하여 도시되어 있다. 도 8에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 위성 신호 수신용 안테나가 일반적인 패치 안테나에 비해 그 성능이 개선됨을 알 수 있다. 또한, 도 9에는 본 발명에 따른 위성 신호 수신용 안테나의 2D 방사 패턴이 도시되어 있다. 일반적입 패치 안테나의 2D방사패턴이 도시되어 있는 도 1과 비교할 때, 본 발명에 따른 위성 신호 수신용 안테나의 방사 특성에서 널 포인트가 제거됨으로 인해 방사 특성이 개선됨을 알 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 위성 신호 수신용 안테나 110: 원형편파 형성 방사체
120: 널포인트 보상용 방사체 130: 인쇄회로기판
140: 급전핀 150: 효율 보상용 방사체

Claims (15)

  1. 원형편파 형성을 위한 메인슬롯(112)을 갖는 원형편파 형성 방사체(110);
    상기 원형편파 형성 방사체(110)를 지지하는 인쇄회로기판(130);
    상기 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 복수개의 변들 중 적어도 하나의 변으로부터 상기 인쇄회로기판(130)까지 연장되어 형성되고, 상기 원형편파 형성 방사체(110)에 의한 방사 특성에서 널포인트(Null Point)를 제거하는 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d); 및
    상기 인쇄회로기판(130)에 배치된 통신칩(210)으로부터 공급되는 급전신호를 상기 원형편파 형성 방사체(110)로 전달하는 급전핀(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원형편파 형성 방사체(110)는 사각 플레이트 형상으로 형성되고,
    상기 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)는 상기 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 4개의 변들 중 적어도 2개의 변으로부터 각 변에 수직한 방향으로 연장되어 상기 인쇄회로기판(130)에 연결되는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)는 서로 동일한 간격으로 이격되어 상기 원형편파 형성 방사체(110)에 형성되는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)의 높이(H)는 상기 원형편파 형성 방사체(110)의 장변 길이 대비 27% 내지 33%로 형성되는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)는 동일한 높이(H) 및 동일한 폭(W)을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 널포인트 보상용 방사체(120a~120d)는 상기 인쇄회로기판(130)의 비도전층 영역(150a~150d) 내에서 솔더링을 통해 상기 인쇄회로기판(130)에 결합되는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 원형편파 형성 방사체(110)로부터 상기 인쇄회로기판(130) 방향으로 미리 정해진 벤딩각도로 벤딩되어 연장된 효율 보상용 방사체(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 원형편파 형성 방사체(110)는 사각 플레이트 형상으로 형성되고,
    상기 효율 보상용 방사체(150)는 상기 원형편파 형성 방사체(110)를 구성하는 4개의 변들 중 적어도 2개의 변으로부터 상기 인쇄회로기판(130) 방향으로 상기 벤딩각도로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 효율 보상용 방사체(150)는 상기 4개의 변들 중 서로 마주보는 2개의 변에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 벤딩각도는 상기 인쇄회로기판(130)에 수직한 방향을 기준으로 30도 내지 60도인 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 효율 보상용 방사체(150)는 직사각형 형상으로 형성되고, 상기 효율 보상용 방사체(150)의 장변 길이(L1)는 상기 원형편파 형성 방사체(110)의 일변 길이보다 짧게 형성되고, 상기 효율 보상용 방사체(150)의 단변 길이(L2)는 상기 원형편파 형성 방사체(110)의 장변 길이 대비 10% 내지 15%로 형성되는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 메인슬롯(112)은 상기 원형편파 형성 방사체(110) 내에서 대각선 방향으로 형성되고,
    상기 원형편파 형성 방사체(110)에는 상기 메인슬롯(112)의 일단에서 상기 원형편파 형성 방사체(110)의 일변에 평행한 제1 방향으로 연장되어 형성된 제1 연장슬롯(1141)과, 상기 메인슬롯(112)의 타단에서 상기 원형편파 형성 방사체(110)의 일변에 평행하되 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 연장되어 형성된 제2 연장슬롯(116)이 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 연장슬롯(114, 116)의 길이는 상기 메인슬롯(112)의 길이보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 원형편파 형성 방사체(110)로부터 상기 인쇄회로기판(130) 방향으로 미리 정해진 벤딩각도로 벤딩되어 연장된 효율 보상용 방사체(150)를 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 연장슬롯(114, 116)은 상기 원형편파 형성 방사체(110)의 4개의 변들 중 상기 효율 보상용 방사체(150)가 형성되어 있는 2개의 변에 평행한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 통신칩(210)은 상기 인쇄회로기판(130)의 하면에 형성되고, 상기 급전핀(140)의 일단은 상기 인쇄회로기판(130)을 관통하여 상기 통신칩(210)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 위성 신호 수신용 안테나 장치.
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