KR20230105404A - Stacking shared aperture array antenna system having a mesh net - Google Patents

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KR20230105404A
KR20230105404A KR1020220000736A KR20220000736A KR20230105404A KR 20230105404 A KR20230105404 A KR 20230105404A KR 1020220000736 A KR1020220000736 A KR 1020220000736A KR 20220000736 A KR20220000736 A KR 20220000736A KR 20230105404 A KR20230105404 A KR 20230105404A
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Abstract

서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 안테나를 집적시킨 경우에도 제1 주파수 대역에서 동작하는 안테나가 제2 주파수 대역에서 동작하는 안테나의 동작을 방해하지 않도록, 제2 주파수 대역에서 방출되는 전자파의 경로를 가리지 않는 배열 안테나 시스템이 개시된다. 개시된 배열 안테나 시스템은 제2 주파수 대역에서 방출되는 전자파가 통과할 수 있는 메시를 포함하며, 이 메시는 제1 주파수 대역에서 동작하는 안테나가 정상 동작할 수 있도록 메시를 형성하는 슬롯의 방향 등이 결정된다.Even when antennas operating in different frequency bands are integrated, the antenna operating in the first frequency band does not interfere with the operation of the antenna operating in the second frequency band, so that the path of electromagnetic waves emitted in the second frequency band is not covered. An array antenna system is disclosed. The disclosed array antenna system includes a mesh through which electromagnetic waves emitted in a second frequency band can pass, and the direction of slots forming the mesh is determined so that an antenna operating in a first frequency band can normally operate. do.

Description

메시 구조를 가지는 적층형 공통개구면 배열 안테나 시스템{STACKING SHARED APERTURE ARRAY ANTENNA SYSTEM HAVING A MESH NET}Stacked common aperture array antenna system having a mesh structure {STACKING SHARED APERTURE ARRAY ANTENNA SYSTEM HAVING A MESH NET}

하기의 실시예들은 배열 안테나 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 메시 구조를 가진 안테나 소자가 적층되어 구성된 배열 안테나 시스템에 관한 것이다.The following embodiments relate to an array antenna system, and specifically, to an array antenna system configured by stacking antenna elements having a mesh structure.

레이더는 항공기, 선박 등에서 주변 환경을 파악하기 위해 사용하는 장비이다. 레이더는 전파를 방사하고, 주변 환경 등에 반사되어 수신되는 전파를 다시 수신해 주변 환경을 파악할 수 있다.Radar is a device used in aircraft, ships, etc. to grasp the surrounding environment. The radar emits radio waves and receives radio waves that are reflected and received back to the surrounding environment to determine the surrounding environment.

주변 환경을 정확히 판단하기 위해서는 전파를 특정 방향으로 집중하여 전송하는 것이 필요한데, 이를 위해 지향성이 높은 안테나를 사용한다.In order to accurately determine the surrounding environment, it is necessary to focus and transmit radio waves in a specific direction, and for this purpose, an antenna with high directivity is used.

안테나의 지향성을 높이기 위해 복수의 안테나 소자들로 구성된 배열 안테나 시스템을 사용할 수 있다. 또한, 레이더의 탐지 성능을 높이기 위해 복수의 주파수 대역을 이용할 수 있는데, 이를 위해서는 각 주파수 대역에서 동작하는 안테나들을 모두 포함하여 배열 안테나 시스템을 구성할 수 있다.In order to increase the directivity of the antenna, an array antenna system including a plurality of antenna elements may be used. In addition, a plurality of frequency bands can be used to increase radar detection performance. To this end, an array antenna system can be configured including all antennas operating in each frequency band.

다만, 이 경우 특정 주파수 대역에서 동작하는 안테나가 다른 주파수 대역에서 동작하는 안테나의 동작을 방해하거나, 방출되는 전자파의 경로를 가려 다른 주파수 대역에서 동작하는 안테나의 성능을 하락시키는 문제가 발생할 수 있다.However, in this case, an antenna operating in a specific frequency band may interfere with the operation of an antenna operating in another frequency band, or may cause a problem of deteriorating the performance of an antenna operating in another frequency band by blocking the path of emitted electromagnetic waves.

하기의 실시예들은 배열 안테나 시스템이 복수의 주파수 대역에서 모두 우수한 성능을 가지도록 하는 것을 목적으로 한다.The following embodiments aim to ensure that an array antenna system has excellent performance in all of a plurality of frequency bands.

하기의 실시예들에 따르면, S 밴드용 안테나 소자가 X 밴드용 안테나 소자의 동작을 방해하는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.According to the following embodiments, an object is to prevent the S-band antenna element from interfering with the operation of the X-band antenna element.

예시적 실시예에 따르면, 평면 패치 안테나에 동일한 방향의 제1 슬롯들이 형성된 E 쉐이프 안테나 소자들이 제1 평면위에 격자 형태로 배치되어 형성된 제1 안테나, 상기 제1 평면과 평행하고, 상기 제1 평면 상단에 위치하는 제2 평면 위에 상기 제1 안테나와 겹치도록 배치되고, 상기 제1 슬롯들과 수직인 방향으로 형성된 복수의 제2 슬롯들이 구비된 제2 안테나를 포함하는 배열 안테나 시스템이 개시된다.According to an exemplary embodiment, a first antenna formed by E-shaped antenna elements having first slots oriented in the same direction in a planar patch antenna are arranged in a lattice shape on a first plane, parallel to the first plane, and the first plane. Disclosed is an array antenna system including a second antenna disposed on a second plane at an upper side to overlap the first antenna and having a plurality of second slots formed in a direction perpendicular to the first slots.

여기서, 상기 E 쉐이프 안테나들은 X 밴드에서 동작하고, 상기 제2 안테나는 S 밴드에서 동작할 수 있다.Here, the E-shaped antennas may operate in the X band, and the second antenna may operate in the S band.

그리고, 상기 평면 패치 안테나는 사각 형상이고, 상기 제1 슬롯들은 상기 사각 형상의 네 변들 중에서 특정한 변에 2개 형성된 것일 수 있다.The planar patch antenna may have a quadrangular shape, and two first slots may be formed on a specific side among four sides of the quadrangular shape.

또한, 상기 제2 안테나는 사각 형상의 평면 안테나이고, 상기 제2 슬롯들은 상기 사각 형상의 네 변들 중에서 서로 마주보는 두 변들과 미리 결졍된 거리만큼 이격되어 형성된 것일 수 있다.In addition, the second antenna may be a quadrangular planar antenna, and the second slots may be formed to be spaced apart from two opposing sides among the four sides of the quadrangular shape by a predetermined distance.

여기서, 상기 제2 안테나는 사각 형상의 평면 안테나이고, 상기 사각 형상의 네 변들 중에서 상기 제2 슬롯들과는 수직한 방향의 어느 한 변에 2개의 제3 슬롯이 형성된 것일 수 있다.Here, the second antenna may be a quadrangular planar antenna, and two third slots may be formed on any one side of the quadrangular shape in a direction perpendicular to the second slots among the four sides of the quadrangular shape.

그리고, 상기 제1 안테나가 방출한 전자파는 상기 제2 슬롯들을 통과하여 제2 안테나 상단 방향으로 방사될 수 있다.Also, electromagnetic waves emitted from the first antenna may pass through the second slots and be radiated toward an upper end of the second antenna.

또한, 금속 재질로 구성되며, 상기 제1 안테나의 측면 및 하단을 감싸는 캐비티를 더 포함할 수 있다.In addition, it is made of a metal material and may further include a cavity surrounding a side surface and a lower end of the first antenna.

하기의 실시예들에 따르면, 배열 안테나 시스템이 복수의 주파수 대역에서 모두 우수한 성능을 가질 수 있다.According to the following embodiments, an array antenna system may have excellent performance in all of a plurality of frequency bands.

하기의 실시예들에 따르면, S 밴드용 안테나 소자가 X 밴드용 안테나 소자의 동작을 방해하는 것을 방지할 수 있다.According to the following embodiments, it is possible to prevent the S-band antenna element from interfering with the operation of the X-band antenna element.

도 1은 예시적 실시예에 따른 배열 안테나 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 예시적 실시예에 따른 제1 안테나를 도시한 도면이다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 제2 안테나를 도시한 도면이다.
도 4는 예시적 실시예에 따른 배열 안테나 시스템의 측면도이다.
도 5는 예시적 실시예에 따른 안테나 소자들에서 전류가 흐르는 방향을 도시한 도면이다.
도 6은 예시적 실시예에 따른 제1 안테나의 반사계수를 도시한 도면이다.
도 7은 예시적 실시예에 따른 제2 안테나의 반사계수를 도시한 도면이다.1 is a diagram showing the structure of an array antenna system according to an exemplary embodiment.
2 is a diagram illustrating a first antenna according to an exemplary embodiment.
3 is a diagram illustrating a second antenna according to an exemplary embodiment.
4 is a side view of an array antenna system according to an exemplary embodiment.
5 is a diagram illustrating directions in which current flows in antenna elements according to an exemplary embodiment.
6 is a diagram illustrating reflection coefficients of a first antenna according to an exemplary embodiment.
7 is a diagram illustrating reflection coefficients of a second antenna according to an exemplary embodiment.

이하, 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 예시적 실시예에 따른 배열 안테나 시스템의 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram showing the structure of an array antenna system according to an exemplary embodiment.

예시적 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)은 제1 주파수 대역에서 동작하는 제1 안테나(110)와 제2 주파수 대역에서 동작하는 제2 안테나(130)가 위아래로 적층된 형태로 구성된다.An array antenna system 100 according to an exemplary embodiment includes a first antenna 110 operating in a first frequency band and a second antenna 130 operating in a second frequency band stacked up and down.

여기서, 제1 안테나(110)는 E 쉐이프 안테나 소자(121, 122, 123)들이 제1 평면 위에 격자 형태로 배치되어 형성된 것일 수 있다. E 쉐이프 안테나 소자(121, 122, 123)은 사각형 패치 안테나에 동일한 방향의 복수의 제1 슬롯들이 형성되어 영문자 'E'자 형태를 구성하는 것일 수 있다. 일측에 따르면, 각각의 E 쉐이프 안테나 소자(121, 122, 123)들은 X 밴드에서 동작하며, E 쉐이프 안테나 소자로 구성된 제1 안테나(110)도 역시 X 밴드에서 동작할 수 있다.Here, the first antenna 110 may be formed by disposing the E-shaped antenna elements 121, 122, and 123 in a lattice shape on the first plane. The E-shaped antenna elements 121, 122, and 123 may have a plurality of first slots in the same direction formed in a rectangular patch antenna to form an English letter 'E' shape. According to one side, each of the E-shaped antenna elements 121, 122, and 123 operates in the X-band, and the first antenna 110 composed of the E-shaped antenna elements may also operate in the X-band.

제1 안테나(110)가 방출한 전자파는 제1 안테나(110)의 상단 방향으로 방출되며, 제2 안테나(130)에 의해 방해를 받을 수 있다.Electromagnetic waves emitted by the first antenna 110 are emitted toward the top of the first antenna 110 and may be interrupted by the second antenna 130 .

제2 안테나(130)는 제1 안테나(110)가 위치하는 제1 평면과 평행하고, 제1 평면의 상단에 위치하는 제2 평면 위에 제1 안테나(110)와 겹치도록 배치된다. 제2 안테나(130)는 사각 형상의 평면 안테나이고, 사각 형상의 네 변들 중에서 어느 한 변에 2개의 슬롯이 형성되어 영문자 'E'자 형태를 구성하는 E 쉐이프 안테나 일 수 있다. 일측에 따르면, 제2 안테나(130)는 S 밴드에서 동작할 수 있다.The second antenna 130 is disposed so as to overlap the first antenna 110 on a second plane parallel to the first plane on which the first antenna 110 is located and positioned on top of the first plane. The second antenna 130 may be a square planar antenna, and may be an E-shaped antenna having two slots formed on one of the four sides of the square shape to form the letter 'E'. According to one side, the second antenna 130 may operate in the S band.

일측에 따르면, 제2 안테나(130)는 복수의 슬롯을 이용하여 형성된 메시(mesh, 131, 132, 133)들을 포함할 수 있다. 각각의 메시(131, 132, 133)들은 제1 안테나(110)를 구성하는 E 쉐이프 안테나 소자의 상단에 위치할 수 있다. E 쉐이프 안테나 소자가 방출한 전자파는 메시(131, 132, 133)를 구성하는 복수의 슬롯들을 통과하여 방사될 수 있다.According to one side, the second antenna 130 may include meshes 131, 132, and 133 formed by using a plurality of slots. Each of the meshes 131 , 132 , and 133 may be located on top of an E-shaped antenna element constituting the first antenna 110 . Electromagnetic waves emitted by the E-shaped antenna element may be radiated through a plurality of slots constituting the meshes 131, 132, and 133.

도 1에 도시된 실시예에 따르면, 제1 안테나(110)에서 방출된 전자파는 제2 안테나(130)에 포함된 메시(131, 132, 133)를 통과하여 배열 안테나 시스템(100)의 상단으로 방사될 수 있다. 따라서, 제2 안테나(130)로 인한 제1 안테나(110)의 성능 저하를 최소화할 수 있다.According to the embodiment shown in FIG. 1 , electromagnetic waves emitted from the first antenna 110 pass through the meshes 131 , 132 , and 133 included in the second antenna 130 and reach the top of the array antenna system 100 . can be radiated. Therefore, performance degradation of the first antenna 110 caused by the second antenna 130 can be minimized.

일측에 따르면, 제1 안테나(110)를 구성하는 E 쉐이프 안테나(121, 122, 123)들은 특정한 편파를 가지는 전자파를 방출할 수 있다. 이 경우에, E 쉐이프 안테나(121, 122, 123)가 방출한 전자파가 제2 안테나(130)를 통과할 수 있도록 메시(131, 132, 133)를 구성하는 슬롯의 방향이 결정될 수 있다.According to one side, the E-shaped antennas 121, 122, and 123 constituting the first antenna 110 may emit electromagnetic waves having specific polarizations. In this case, directions of slots constituting the meshes 131 , 132 , and 133 may be determined so that electromagnetic waves emitted by the E-shaped antennas 121 , 122 , and 123 pass through the second antenna 130 .

또한, 제2 안테나(130)가 방출하는 전자파의 편파는 제1 안테나(110)를 구성하는 E 쉐이프 안테나(121, 122, 123)가 방출하는 전자파의 편파와 상이하도록 결정될 수 있다. 제2 안테나(130)가 방출하는 전자파의 편파가 E 쉐이프 안테나(121, 122, 123)가 방출하는 전자파의 편파와 직교한다면, 제2 안테나(130)가 방출하는 전자파와 E 쉐이프 안테나(121, 122, 123)가 방출하는 전자파 간의 간섭이 최소화되고, 제1 안테나(110)와 제2 안테나(130)의 성능 저하가 최소화될 수 있다.In addition, the polarization of the electromagnetic wave emitted by the second antenna 130 may be determined to be different from the polarization of the electromagnetic wave emitted by the E-shaped antennas 121 , 122 , and 123 constituting the first antenna 110 . If the polarization of the electromagnetic wave emitted by the second antenna 130 is orthogonal to the polarization of the electromagnetic wave emitted by the E-shape antennas 121, 122, and 123, the electromagnetic wave emitted by the second antenna 130 and the E-shaped antenna 121, Interference between electromagnetic waves emitted by the antennas 122 and 123 can be minimized, and performance degradation of the first antenna 110 and the second antenna 130 can be minimized.

도 1에 도시된 실시예에 따르면, 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 복수의 안테나들을 적층하여 소형화된 배열 안테나 시스템을 구성할 수 있다.According to the embodiment shown in FIG. 1, a miniaturized array antenna system can be configured by stacking a plurality of antennas operating in different frequency bands.

도 2는 예시적 실시예에 따른 제1 안테나를 도시한 도면이다. 도 2에서는 복수의 E 쉐이프 안테나 소자들이 3x3의 형태로 배치된 실시예가 도시되었으나, 다른 형상으로 배치되는 것도 가능하다.2 is a diagram illustrating a first antenna according to an exemplary embodiment. In FIG. 2, an embodiment in which a plurality of E-shaped antenna elements are arranged in a 3x3 shape is shown, but it is also possible to arrange them in other shapes.

각각의 E 쉐이프 안테나 소자(220)들은 제1 평면에 위치하는 유전체 기판(210)의 위에 배치된다. E 쉐이프 안테나 소자(220)들은 평면 패치 안테나에 복수의 제1 슬롯들(221, 222)이 형성된 것으로, E 쉐이프 안테나 소자의 슬롯(221, 222)들은 모두 동일한 방향으로 형성되며, 제1 안테나에 포함된 모든 E 쉐이프 안테나 소자들은 동일한 방향으로 슬롯이 형성될 수 있다. 일측에 따르면, 제1 슬롯들(221, 222)은 평면 패치 안테나의 사각 형상의 네 변들 중에서 특정한 변에 2개 형성될 수 있다.Each of the E-shaped antenna elements 220 is disposed on a dielectric substrate 210 positioned in a first plane. The E-shaped antenna element 220 has a plurality of first slots 221 and 222 formed in a planar patch antenna, and the slots 221 and 222 of the E-shaped antenna element are all formed in the same direction, and the first antenna All included E-shaped antenna elements may be slotted in the same direction. According to one side, two first slots 221 and 222 may be formed on a specific side among four sides of a quadrangular shape of a planar patch antenna.

일측에 따르면, 각각의 E 쉐이프 안테나들은 유전체 기판(210)을 관통하여 해당 E 쉐이프 안테나에 전력을 공급하는 급전 포트(231)와 연결될 수 있다. 각각의 E 쉐이프 안테나들은 도체(260)를 이용하여 구분된다. 유전체 기판(210)의 최외곽에는 금속 재질로 구성되며, 제1 안테나의 측면 및 하단을 감싸 전자파가 다른 방향으로 방출되는 것을 방지하는 캐비티(미도시)가 위치할 수 있다.According to one side, each of the E-shaped antennas may penetrate the dielectric substrate 210 and be connected to a power supply port 231 supplying power to the corresponding E-shaped antenna. Each E shape antenna is separated using conductor 260. A cavity (not shown) made of a metal material and covering a side surface and a lower end of the first antenna to prevent electromagnetic waves from being emitted in other directions may be located at the outermost edge of the dielectric substrate 210 .

일측에 따르면, 제1 안테나의 상단에 위치하는 제2 안테나는 도 2에 도시된 유전체 기판을 관통하는 급전 포트(270)를 이용하여 급전될 수 있다.According to one side, the second antenna positioned on top of the first antenna may be powered using a power supply port 270 penetrating the dielectric substrate shown in FIG. 2 .

예시적 실시예에 따른 제1 안테나의 디자인 파라미터는 하기 [표 1]과 같다.Design parameters of the first antenna according to an exemplary embodiment are shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

도 3은 예시적 실시예에 따른 제2 안테나를 도시한 도면이다. 일측에 따르면, 제2 안테나(310)는 제1 안테나가 배치되는 제1 평면과 평행하며, 제1 평면의 상단에 위치하는 제2 평면 위에 제1 안테나와 겹치도록 배치될 수 있다. 일측에 따르면, 제2 평면에는 유전체 기판이 위치하고, 제2 안테나는 유전체 기판 위에 배치될 수 있다.3 is a diagram illustrating a second antenna according to an exemplary embodiment. According to one side, the second antenna 310 is parallel to the first plane on which the first antenna is disposed, and may be disposed to overlap the first antenna on a second plane positioned on top of the first plane. According to one side, a dielectric substrate is positioned on the second plane, and the second antenna may be disposed on the dielectric substrate.

제2 안테나는 제1 안테나와 겹치도록 배치되며, 제1 안테나가 방출한 전자파가 통과할 수 있도록 복수의 제2 슬롯들(321, 322, 323)로 구성된 메시(mesh)를 포함할 수 있다.The second antenna may be disposed to overlap the first antenna and may include a mesh composed of a plurality of second slots 321, 322, and 323 to allow electromagnetic waves emitted by the first antenna to pass therethrough.

일측에 따르면 제2 안테나는 사각 형상이고, 제2 슬롯들(321, 322, 323)은 사각 형상의 네 변들 중에서 서로 마주보는 두 변들과 미리 결정된 거리만큼 이격되어 형성될 수 있다.According to one side, the second antenna has a quadrangular shape, and the second slots 321, 322, and 323 may be formed to be spaced apart from two sides facing each other by a predetermined distance among four sides of the quadrangular shape.

일측에 따르면, 제2 안테나(310)는 사각 형상의 평면 안테나에 복수의 제3 슬롯(311, 312)이 형성된 E 쉐이프 안테나일 수 있다. 일측에 따르면, 제3 슬롯(311, 312)은 제2 슬롯(321, 322, 323)의 방향과 평행한 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 제3 슬롯(311, 312)은 제2 슬롯(321, 322, 323)과 수직한 방향의 변들 중 어느 한 변에 그 변과 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 제3 슬롯(311, 312)은 2개일 수 있다.According to one side, the second antenna 310 may be an E-shaped antenna in which a plurality of third slots 311 and 312 are formed in a square planar antenna. According to one side, the third slots (311, 312) may be formed in a direction parallel to the direction of the second slots (321, 322, 323). That is, the third slots 311 and 312 may be formed on one of the sides perpendicular to the second slots 321, 322, and 323 in a direction perpendicular to the side. The number of third slots 311 and 312 may be two.

일측에 따르면, 제1 안테나를 구성하는 E 쉐이프 안테나들은 특정한 편파를 가지는 전자파를 방출할 수 있다. 이 경우에, E 쉐이프 안테나가 방출한 전자파가 제2 안테나(310)를 통과할 수 있도록 제2 슬롯들(321, 322, 323)의 방향이 결정될 수 있다.According to one side, the E-shaped antennas constituting the first antenna may emit electromagnetic waves having a specific polarization. In this case, directions of the second slots 321 , 322 , and 323 may be determined so that electromagnetic waves emitted by the E-shaped antenna pass through the second antenna 310 .

도 1 내지 도 3을 참고하면, 제2 슬롯들(321, 322, 323)의 방향은 제1 안테나를 구성하는 E 쉐이프 안테나의 슬롯의 방향과는 수직일 수 있다. 즉, 도 3에서 제2 슬롯들(321, 322, 323)은 수평 방향으로 형성되었는데, 제2 안테나와 겹치도록 배치되는 제1 안테나를 구성하는 E 쉐이프 안테나의 슬롯들은 수직 방향으로 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3 , directions of the second slots 321 , 322 , and 323 may be perpendicular to a direction of a slot of an E-shaped antenna constituting the first antenna. That is, in FIG. 3, the second slots 321, 322, and 323 are formed in the horizontal direction, but the slots of the E-shaped antenna constituting the first antenna disposed to overlap the second antenna may be formed in the vertical direction. .

예시적 실시예에 따른 제2 안테나의 디자인 파라미터는 하기 [표 2]와 같다.Design parameters of the second antenna according to an exemplary embodiment are shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

도 4는 예시적 실시예에 따른 배열 안테나 시스템의 측면도이다.4 is a side view of an array antenna system according to an exemplary embodiment.

제1 유전체 기판(410) 위에 복수의 E 쉐이프 안테나(411, 412, 413)들에 배치된다. 각각의 E 쉐이프 안테나(411, 412, 413)들은 제1 유전체 기판(410)을 관통하는 급전포트(421, 422, 423)를 통해 급전될 수 있다. 각 E 쉐이프 안테나(411, 412, 413)들이 배치된 영역은 비아 홀(via hole, 431, 432, 433)을 이용하여 구분될 수 있다. 비아 홀은 E 쉐이프 안테나(411, 412, 413)의 외곽 경계를 따라 형성되며, 비아 홀의 상단은 금속으로 마감될 수 있다.A plurality of E-shaped antennas 411 , 412 , and 413 are disposed on the first dielectric substrate 410 . Each of the E-shaped antennas 411 , 412 , and 413 may be fed through power supply ports 421 , 422 , and 423 penetrating the first dielectric substrate 410 . Areas where the E-shaped antennas 411, 412, and 413 are disposed may be divided using via holes 431, 432, and 433. The via hole is formed along the outer boundary of the E-shaped antennas 411, 412, and 413, and an upper end of the via hole may be finished with metal.

제1 유전체 기판(410)의 상단에는 제2 유전체 기판(440)이 배치되고, 제2 유전체 기판(440)의 상단에는 다시 제2 안테나(450)가 배치될 수 있다. 제2 안테나(450)는 제1 유전체 기판(410) 및 제2 유전체 기판(440)을 관통하는 급전 포트(451)를 이용하여 급전될 수 있다.A second dielectric substrate 440 may be disposed on top of the first dielectric substrate 410 , and a second antenna 450 may be further disposed on top of the second dielectric substrate 440 . The second antenna 450 may be powered by using a power supply port 451 penetrating the first dielectric substrate 410 and the second dielectric substrate 440 .

예시적 실시예에 따른 배열 안테나 시스템의 디자인 파라미터는 하기 [표 3]과 같다.Design parameters of an array antenna system according to an exemplary embodiment are shown in Table 3 below.

[표 3][Table 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

도 5는 예시적 실시예에 따른 안테나 소자들에서 전류가 흐르는 방향을 도시한 도면이다. 도 5의 (a)는 제1 안테나를 구성하는 E 쉐이프 안테나를 도시한 도면이고, 도 5의 (b)는 제2 안테나를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating directions in which current flows in antenna elements according to an exemplary embodiment. Figure 5 (a) is a diagram showing the E-shaped antenna constituting the first antenna, Figure 5 (b) is a diagram showing the second antenna.

도 5의 (a)에서, 제1 안테나를 구성하는 E 쉐이프 안테나는 사각 형상의 안테나에 수직한 방향의 슬롯(511, 512)이 형성된다. 또한, 하단부 중앙에 위치한 급전 포트(513)를 이용하여 E 쉐이프 안테나에 전력이 공급된다.In (a) of FIG. 5, the E-shaped antenna constituting the first antenna is formed with slots 511 and 512 in a direction perpendicular to the rectangular antenna. In addition, power is supplied to the E-shaped antenna using a power supply port 513 located at the center of the lower end.

E 쉐이프 안테나는 수직한 방향의 슬롯(511, 512) 2개로 인해 수직 방향의 3파트로 분할된다. 따라서, 하단부 중앙에 위치한 급전 포트(513)를 이용해 공급된 전류는 E 쉐이프 안테나의 각 파트를 따라 수직 방향으로 흐른다. 수직 방향으로 흐르는 전류는 수평 방향의 편파를 가지는 전자파를 발생시킨다.The E-shaped antenna is divided into three vertical parts due to two vertical slots 511 and 512. Accordingly, the current supplied using the power supply port 513 located at the center of the lower part flows in a vertical direction along each part of the E-shaped antenna. Current flowing in the vertical direction generates electromagnetic waves having horizontal polarization.

도 5의 (b)에서 제2 안테나는 수평 방향의 슬롯들로 구성된 메시(531, 532, 533)를 포함한다. 각 메시(531, 532, 533)들은 대응되는 E 쉐이프 안테나의 상단에 위치한다. E 쉐이프 안테나가 방출한 전자파는 수평 방향의 편파를 가지고, 수평 방향의 슬롯들로 구성된 메시(531, 532, 533)를 손쉽게 통과하여 배열 안테나 시스템의 상단으로 방사될 수 있다.In (b) of FIG. 5, the second antenna includes meshes 531, 532, and 533 formed of slots in a horizontal direction. Each of the meshes 531, 532, and 533 is located on top of a corresponding E-shaped antenna. Electromagnetic waves emitted by the E-shaped antenna have horizontal polarization and can easily pass through the meshes 531, 532, and 533 composed of horizontal slots and be radiated to the top of the array antenna system.

제2 안테나는 수평한 방향의 슬롯(521, 522) 2개로 인해 수평 방향의 3파트로 분할된다. 따라서, 중앙 파트의 우측에 위치한 급전 포트(523)를 이용해 공급된 전류는 제2 안테나의 3 파트를 따라 수평한 방향으로 흐른다. 수평한 방향으로 흐르는 전류는 수직 방향의 편파를 가지는 전자파를 발생시킨다.The second antenna is divided into three parts in the horizontal direction due to two slots 521 and 522 in the horizontal direction. Accordingly, the current supplied using the power supply port 523 located on the right side of the central part flows in a horizontal direction along the three parts of the second antenna. A current flowing in a horizontal direction generates an electromagnetic wave having a vertical polarization.

제1 안테나는 수평 방향의 편파를 가지는 전자파를 발생시키고, 제2 안테나는 수직 방향의 편파를 가지는 전자파를 발생시킨다. 따라서, 각 전자파는 서로 직교하며, 서로 간의 간섭 및 영향이 최소화된다.The first antenna generates electromagnetic waves having horizontal polarization, and the second antenna generates electromagnetic waves having vertical polarization. Therefore, each electromagnetic wave is orthogonal to each other, and interference and influence between each other is minimized.

도 6은 예시적 실시예에 따른 제1 안테나의 반사계수를 도시한 도면이다. 도 6의 (a)는 제2 안테나에 형성된 메시의 여러가지 형태를 도시한 도면이고, 도 6의 (b)는 그에 따른 제1 안테나의 반사계수를 도시한 도면이다. 이 반사계수는 제2 안테나의 상단에서 측정된 것이다.6 is a diagram illustrating reflection coefficients of a first antenna according to an exemplary embodiment. Figure 6 (a) is a diagram showing various shapes of meshes formed on the second antenna, and Figure 6 (b) is a diagram showing the reflection coefficient of the first antenna accordingly. This reflection coefficient is measured at the top of the second antenna.

도 6의 (a)의 상단 도면은 제2 안테나에 메시가 형성되지 않은 경우를 나타내고, 이 경우의 제1 안테나의 반사 계수는 도 6의 (b)에서 검은 실선으로 표시된다. 도 6의 (a)의 상단 도면 및 도 6의 (b)를 참고하면, 제1 안테나의 반사 계수는 상당히 높아 정상적인 동작이 어려운 상태임을 알 수 있다. 이는 제1 안테나에서 방출되는 전자파가 제2 안테나에 의해 차단되기 때문으로 추정할 수 있다.The top view of FIG. 6(a) shows a case where no mesh is formed in the second antenna, and the reflection coefficient of the first antenna in this case is indicated by a black solid line in FIG. 6(b). Referring to the top view of FIG. 6(a) and FIG. 6(b), it can be seen that the reflection coefficient of the first antenna is considerably high, making normal operation difficult. It can be assumed that this is because electromagnetic waves emitted from the first antenna are blocked by the second antenna.

도 6의 (a)의 중단 도면은 제2 안테나에 구멍이 형성된 경우를 나타내고, 이 경우의 제1 안테나의 반사 계수는 도 6의 (b)에서 점선으로 표시된다. 도 6의 (a)의 중단 도면 및 도 6의 (b)를 참고하면, 제1 안테나의 반사 계수는 상당히 낮은 수준으로, 제1 안테나는 정상적으로 동작할 수 있을 것으로 판단된다. 다만, 제2 안테나에 구멍이 형성되어 제2 안테나의 동작은 어려울 수 있다. 제2 안테나의 성능에 대해서는 이하 도 7에서 구체적으로 설명한다.The middle drawing of FIG. 6 (a) shows a case where a hole is formed in the second antenna, and the reflection coefficient of the first antenna in this case is indicated by a dotted line in FIG. 6 (b). Referring to the middle diagram of FIG. 6 (a) and FIG. 6 (b), the reflection coefficient of the first antenna is at a fairly low level, and it is determined that the first antenna can operate normally. However, since a hole is formed in the second antenna, operation of the second antenna may be difficult. The performance of the second antenna will be described in detail with reference to FIG. 7 below.

도 6의 (a)의 하단 도면은 제2 안테나에 복수의 슬롯을 이용하여 메시가 형성된 경우를 나타내고, 이 경우의 제1 안테나의 반사 계수는 도 6의 (b)에서 쇄선으로 표시된다. 도 6의 (a)의 하단 도면 및 도 6의 (b)를 참고하면, 제1 안테나의 반사 계수는 상당히 낮은 수준으로, 제1 안테나는 정상적으로 동작할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 제2 안테나도 정상적으로 동작하기에 충분한 면적을 확보할 수 있다. 제2 안테나의 성능에 대해서는 이하 도 7에서 구체적으로 설명한다.The lower drawing of FIG. 6(a) shows a case where a mesh is formed using a plurality of slots in the second antenna, and the reflection coefficient of the first antenna in this case is indicated by a chain line in FIG. 6(b). Referring to the lower drawing of FIG. 6 (a) and FIG. 6 (b), the reflection coefficient of the first antenna is at a fairly low level, and it is determined that the first antenna can operate normally. Also, an area sufficient for the second antenna to operate normally can be secured. The performance of the second antenna will be described in detail with reference to FIG. 7 below.

도 7은 예시적 실시예에 따른 제2 안테나의 반사계수를 도시한 도면이다. 도 7의 (a)는 제2 안테나에 형성된 메시의 여러가지 형태를 도시한 도면이고, 도 7의 (b)는 그에 따른 제2 안테나의 반사계수를 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating reflection coefficients of a second antenna according to an exemplary embodiment. Figure 7 (a) is a diagram showing various shapes of meshes formed on the second antenna, and Figure 7 (b) is a diagram showing the reflection coefficient of the second antenna accordingly.

도 7의 (a)의 상단 도면은 제2 안테나에 메시가 형성되지 않은 경우를 나타내고, 이 경우의 제2 안테나의 반사 계수는 도 7의 (b)에서 검은 실선으로 표시된다. 도 7의 (a)의 상단 도면 및 도 7의 (b)를 참고하면, 제1 안테나의 반사 계수는 동작 주파수 대역에서 상당히 낮아 정상적인 동작이 가능한 상태임을 알 수 있다.The top view of FIG. 7(a) shows a case where no mesh is formed in the second antenna, and the reflection coefficient of the second antenna in this case is indicated by a black solid line in FIG. 7(b). Referring to the top view of FIG. 7(a) and FIG. 7(b), it can be seen that the reflection coefficient of the first antenna is considerably low in an operating frequency band, allowing normal operation.

도 7의 (a)의 중단 도면은 제2 안테나에 구멍이 형성된 경우를 나타내고, 이 경우의 제2 안테나의 반사 계수는 도 7의 (b)에서 점선으로 표시된다. 도 7의 (a)의 중단 도면 및 도 7의 (b)를 참고하면, 제2 안테나의 반사 계수는 상당히 높은 수준으로, 제2 안테나는 정상적으로 동작할 수 없을 것으로 판단된다.The middle drawing of FIG. 7(a) shows a case where a hole is formed in the second antenna, and the reflection coefficient of the second antenna in this case is indicated by a dotted line in FIG. 7(b). Referring to the middle diagram of FIG. 7(a) and FIG. 7(b), the reflection coefficient of the second antenna is at a fairly high level, and it is determined that the second antenna cannot operate normally.

도 7의 (a)의 하단 도면은 제2 안테나에 복수의 슬롯을 이용하여 메시가 형성된 경우를 나타내고, 이 경우의 제2 안테나의 반사 계수는 도 7의 (b)에서 쇄선으로 표시된다. 도 7의 (a)의 하단 도면 및 도 7의 (b)를 참고하면, 제2 안테나의 반사 계수는 상당히 낮은 수준으로, 제2 안테나는 정상적으로 동작할 수 있을 것으로 판단된다. 이는 제2 안테나의 전류가 흐르는 방향으로 도체가 연결되어 제2 안테나가 동작하기에는 무리가 없기 때문으로 판단된다.The lower drawing of FIG. 7(a) shows a case where a mesh is formed using a plurality of slots in the second antenna, and the reflection coefficient of the second antenna in this case is indicated by a chain line in FIG. 7(b). Referring to the lower drawing of FIG. 7(a) and FIG. 7(b), it is determined that the reflection coefficient of the second antenna is at a fairly low level and the second antenna can operate normally. It is determined that this is because there is no problem for the second antenna to operate because the conductor is connected in the direction in which the current of the second antenna flows.

이상 도 6 내지 도 7에 도시된 바를 참고하면, 제2 안테나에는 전류가 흐르는 방향으로 슬롯이 형성되어 제2 안테나의 성능은 메시가 형성되지 않은 경우와 유사하다. 또한, 제1 안테나에서 방출된 전자파는 제2 안테나의 슬롯을 이용하여 형성된 메시를 통해 방사될 수 있으므로, 제1 안테나의 성능은 제2 안테나가 없는 경우와 유사하다.Referring to FIGS. 6 and 7 above, slots are formed in the second antenna in the direction in which current flows, and performance of the second antenna is similar to that in the case where no mesh is formed. In addition, since electromagnetic waves emitted from the first antenna can be radiated through a mesh formed using slots of the second antenna, performance of the first antenna is similar to that of the case without the second antenna.

예시적 실시예에 따른 배열 안테나 시스템은 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 안테나를 수직으로 집적하여도 서로 간의 간섭 등이 최소화되어 성능이 유지된다. 제1 안테나와 제2 안테나가 동작하는 주파수 대역을 적절히 조절하여 배열 안테나 시스템의 동작 주파수 대역을 최대한 넓게 확보할 수 있다. 또한, 배열 안테나 시스템을 소형화할 수도 있다.In the array antenna system according to the exemplary embodiment, even when antennas operating in different frequency bands are vertically integrated, interference between them is minimized and performance is maintained. An operating frequency band of the array antenna system can be secured as wide as possible by appropriately adjusting the frequency band in which the first antenna and the second antenna operate. Also, the array antenna system can be miniaturized.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program commands recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

　

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

100: 배열 안테나 시스템
110: 제1 안테나
111, 112, 113: 제1 유전체 기판
121, 122, 123: E 쉐이프 안테나
130: 제2 안테나
131, 132, 133: 메시100: array antenna system
110: first antenna
111, 112, 113: first dielectric substrate
121, 122, 123: E shape antenna
130: second antenna
131, 132, 133: Messi

Claims (7)

평면 패치 안테나에 동일한 방향의 제1 슬롯들이 형성된 E 쉐이프 안테나 소자들이 제1 평면위에 격자 형태로 배치되어 형성된 제1 안테나;
상기 제1 평면과 평행하고, 상기 제1 평면 상단에 위치하는 제2 평면 위에 상기 제1 안테나와 겹치도록 배치되고, 상기 제1 슬롯들과 수직인 방향으로 형성된 복수의 제2 슬롯들이 구비된 제2 안테나
를 포함하는 배열 안테나 시스템.a first antenna formed by disposing E-shaped antenna elements having first slots oriented in the same direction in a planar patch antenna in a lattice form on a first plane;
A second plane parallel to the first plane and disposed to overlap the first antenna on a second plane positioned on top of the first plane, and having a plurality of second slots formed in a direction perpendicular to the first slots. 2 antenna
Array antenna system comprising a. 제1항에 있어서,
상기 E 쉐이프 안테나들은 X 밴드에서 동작하고,
상기 제2 안테나는 S 밴드에서 동작하는 배열 안테나 시스템.According to claim 1,
The E-shaped antennas operate in the X band,
The second antenna is an array antenna system operating in the S band. 제1항에 있어서,
상기 평면 패치 안테나는 사각 형상이고,
상기 제1 슬롯들은 상기 사각 형상의 네 변들 중에서 특정한 변에 2개 형성된 것인 배열 안테나 시스템.According to claim 1,
The planar patch antenna has a rectangular shape,
The array antenna system of claim 1 , wherein two first slots are formed on a specific side among the four sides of the square shape. 제1항에 있어서,
상기 제2 안테나는 사각 형상의 평면 안테나이고,
상기 제2 슬롯들은 상기 사각 형상의 네 변들 중에서 서로 마주보는 두 변들과 미리 결정된 거리만큼 이격되어 형성된 것인 배열 안테나 시스템.According to claim 1,
The second antenna is a square planar antenna,
The array antenna system of claim 1 , wherein the second slots are spaced apart from two opposing sides among the four sides of the quadrangular shape by a predetermined distance. 제1항에 있어서, 상기 제2 안테나는,
상기 제2 안테나는 사각 형상의 평면 안테나이고,
상기 사각 형상의 네 변들 중에서 상기 제2 슬롯들과는 수직한 방향의 어느 한 변에 2개의 제3 슬롯이 형성된 것인 배열 안테나 시스템.The method of claim 1, wherein the second antenna,
The second antenna is a square planar antenna,
The array antenna system of claim 1 , wherein two third slots are formed on one side of the quadrangular shape in a direction perpendicular to the second slots among the four sides. 제1항에 있어서,
상기 제1 안테나가 방출한 전자파는 상기 제2 슬롯들을 통과하여 제2 안테나 상단 방향으로 방사되는 배열 안테나 시스템.According to claim 1,
The array antenna system of claim 1 , wherein electromagnetic waves emitted by the first antenna pass through the second slots and are radiated toward an upper end of the second antenna. 제1항에 있어서,
금속 재질로 구성되며, 상기 제1 안테나의 측면 및 하단을 감싸는 캐비티
를 더 포함하는 배열 안테나 시스템.
According to claim 1,
A cavity made of metal and surrounding the side and bottom of the first antenna
An array antenna system further comprising a.
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KR20050065958A (en) * 2003-12-26 2005-06-30 엘지이노텍 주식회사 Multi-resonance antenna
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