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KR102471708B1 - 평판형 발룬에 의하여 급전되는 다이폴 안테나 - Google Patents

평판형 발룬에 의하여 급전되는 다이폴 안테나 Download PDF

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KR102471708B1
KR102471708B1 KR1020200029111A KR20200029111A KR102471708B1 KR 102471708 B1 KR102471708 B1 KR 102471708B1 KR 1020200029111 A KR1020200029111 A KR 1020200029111A KR 20200029111 A KR20200029111 A KR 20200029111A KR 102471708 B1 KR102471708 B1 KR 102471708B1
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South Korea
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balun
dipole antenna
radiating element
flat
dipole
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김강희
박광문
손수호
태기철
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한국전자통신연구원
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Abstract

평판형 발룬에 의하여 급전되는 다이폴 안테나가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 다이폴 안테나는 다이폴(dipole) 안테나의 각 폴(pole)에 대응하는 제1 방사 엘리먼트(element)와 제2 방사 엘리먼트; 상기 제1 방사 엘리먼트와 제2 방사 엘리먼트를 연결하고, 상기 제1 방사 엘리먼트와 제2 방사 엘리먼트의 간격을 고정하는 적어도 하나 이상의 다이폴 지지 기둥; 상기 제1 방사 엘리먼트와 제2 방사 엘리먼트에 연결되고, 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트에 급전하는 평판형 발룬(balun); 상기 다이폴 지지 기둥와 결합되고, 상기 평판형 발룬을 둘러싸는 발룬 하우징(housing)을 포함할 수 있다.

Description

평판형 발룬에 의하여 급전되는 다이폴 안테나{Dipole Antenna Fed by Planar Balun}
본 발명은 평판형 발룬에 의하여 급전되는 다이폴 안테나에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다이폴 안테나와 평판형 발룬을 지지하는 발룬 하우징의 부피를 줄임으로써 다이폴 안테나의 방사 패턴 특성이 왜곡되는 것을 방지하는 다이폴 안테나에 관한 것이다.
다이폴(dipole) 안테나는 두개의 직선 도선 또는 방사 엘리먼트(Radiation Element)를 상하 혹은 좌우 대칭으로 배치하고, 두개의 직선 도선이 180도 위상차를 갖도록 급전하는 구조를 가지는 안테나 중 하나이다.
다이폴 안테나를 광대역 안테나로 이용하기 위해서 방사 엘리먼트 및 다이폴 안테나의 급전(feed)을 위한 평판형 발룬(planar balun)이 이용된다. 이 때, 기존에는 평판형 발룬과 방사 엘리먼트를 결합함에 있어, 방사 엘리먼트와 평판형 발룬을 지지하는 안테나 지지 구조물의 큰 부피로 인해 다이폴 안테나의 방사패턴 특성이 왜곡되는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 다이폴 안테나를 구성하는 방사 엘리먼트를 평판형 발룬과 결합함에 있어, 발룬 하우징에 의하여 방사 패턴이 왜곡되는 문제점을 해결하기 위한 기술이 요구된다.
본 발명은 광대역 방사 엘리먼트와 발룬을 결합하여 다이폴 안테나를 제작함에 있어, 다이폴 안테나의 형상은 그대로 유지하면서 방사 엘리먼트와 평판형 발룬을 지지하는 안테나 지지 구조물에 의한 영향을 최소화하고, 광대역의 동작 주파수 범위 내에서 안테나의 전방향성 방사특성을 유지할 수 있도록 하는 다이폴 안테나를 제공한다.
또한, 본 발명은 방사 엘리먼트 사이에 다이폴 지지 기둥을 추가함으로써 방사 엘리먼트의 간격을 유지하고, 다이폴 지지 기둥과 발룬 하우징의 결합을 통해 평판형 발룬을 고정할 수 있는 다이폴 안테나를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 다이폴 안테나는 다이폴(dipole) 안테나의 각 폴(pole)에 대응하는 제1 방사 엘리먼트(element)와 제2 방사 엘리먼트; 상기 제1 방사 엘리먼트와 제2 방사 엘리먼트를 연결하고, 상기 제1 방사 엘리먼트와 제2 방사 엘리먼트의 간격을 고정하는 적어도 하나 이상의 다이폴 지지 기둥; 상기 제1 방사 엘리먼트와 제2 방사 엘리먼트에 연결되고, 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트에 평형 신호를 공급하거나 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트로부터 수신한 평형 신호를 합성하는 평판형 발룬(balun); 상기 다이폴 지지 기둥와 결합되고, 상기 평판형 발룬을 둘러싸는 발룬 하우징(housing)을 포함할 수 있다.
상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트는, 상하 또는 좌우 대칭으로 배치될 수 있다.
상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트는, 각각 금속 재질로 구성될 수 있다.
상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트는, 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트가 마주하는 면에 다이폴 지지 기둥과 결합을 위한 홈을 포함하고, 상기 다이폴 지지 기둥은, 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트의 각 홈에 삽입됨으로써 상기 제1 방사 엘리먼트와 제2 방사 엘리먼트를 연결할 수 있다.
상기 평판형 발룬은, 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트에 180도의 위상차를 갖는 평형 신호를 제공할 수 있다.
상기 발룬 하우징은, 유전체 재질로 이루어질 수 있다.
상기 발룬 하우징은 상기 평판형 발룬과 결합될 수 있도록 복수의 고정홀을 포함할 수 있다.
상기 발룬 하우징은, 다이폴 안테나를 이용하는 송신기 또는 수신기와 연결되는 입출력 단자를 포함할 수 있다.
다이폴 안테나는 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트 각각에 연결되고, 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트와 상기 평판형 발룬 사이에 평형 신호를 전달하는 금속 도선을 더 포함할 수 있다.
상기 평판형 발룬은 상기 금속 도선과 연결되고, 상기 금속 도선을 통해 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트에 평형 신호를 공급하거나 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트로부터 수신한 평형 신호를 합성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른, 다이폴 안테나는 적어도 하나 이상의 패치 엘리먼트(element)를 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 기판; 상기 PCB 기판에 상기 금속 도선에 연결되고, 상기 금속 도선을 통해 상기 PCB 기판에 평형 신호를 공급하거나 상기 PCB 기판으로부터 수신한 평형 신호를 합성하는 평판형 발룬(balun); 상기 PCB 기판에 삽입되고, 상기 평판형 발룬과 연결되고, 상기 PCB 기판과 상기 평판형 발룬 사이에 평형 신호를 전달하는 금속 도선; 및 상기 PCB 기판과 결합되고, 상기 평판형 발룬을 둘러싸는, 발룬 하우징(housing)을 포함할 수 있다.
상기 패치 엘리먼트는, 보우타이(bowtie) 형상이고, 복수의 패치 엘리먼트들이 대칭을 이룰 수 있다.
상기 평판형 발룬은, 상기 패치 엘리먼트에 180도의 위상차를 갖는 평형 신호를 제공할 수 있다.
상기 발룬 하우징은, 유전체 재질로 이루어질 수 있다.
상기 발룬 하우징은 상기 평판형 발룬과 결합될 수 있도록 복수의 고정홀을 포함할 수 있다.
상기 발룬 하우징은, 다이폴 안테나를 이용하는 송신기 또는 수신기와 연결되는 입출력 단자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 광대역 방사 엘리먼트와 발룬을 결합하여 다이폴 안테나를 제작함에 있어, 다이폴 안테나의 형상은 그대로 유지하면서 방사 엘리먼트와 평판형 발룬을 지지하는 안테나 지지 구조물에 의한 영향을 최소화하고, 광대역의 동작 주파수 범위 내에서 안테나의 전방향성 방사특성을 유지할 수 있도록 하는 다이폴 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 방사 엘리먼트 사이에 다이폴 지지 기둥을 추가함으로써 방사 엘리먼트의 간격을 유지하고, 다이폴 지지 기둥과 발룬 하우징의 결합을 통해 평판형 발룬을 고정할 수 있다.
도 1A는 본 발명의 일실시예에 따른 다이폴 안테나의 사시도를 도시한 도면이다.
도 1B는 본 발명의 일실시예에 따른 다이폴 안테나의 측면도를 도시한 도면이다.
도 1C는 본 발명의 일실시예에 따른 다이폴 안테나의 정면도를 도시한 도면이다.
도 2A는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이폴 안테나의 사시도를 도시한 도면이다.
도 2B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이폴 안테나의 측면도를 도시한 도면이다.
도 2C는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이폴 안테나의 정면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이폴 안테나의 방사 패턴을 시뮬레이션한 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1A는 본 발명의 일실시예에 따른 다이폴 안테나의 사시도를 도시한 도면이다.
도 1A는 다이폴(dipole) 안테나의 방사 엘리먼트(element)와 다이폴 안테나에 급전하는 평판형 발룬(130)(planar balun)이 결합된 모습을 사시도로 도시한 도면이다. 다이폴 안테나는 두 개의 폴(pole)이 상하 또는 좌우 대칭으로 배치된 안테나를 의미한다. 이 때, 다이폴 안테나는 두 개의 폴의 중앙에서 180도의 위상차를 갖도록 급전된다.
도 1A를 참조하면, 본 발명의 두 개의 폴에 각각 대응하는 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)는 상하 또는 좌우 대칭으로 배치될 수 있다. 방사 엘리먼트는 도선을 포함하고 있으며, 전방향으로 방사(radiation)를 수행할 수 있다. 그리고, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)는 금속 재질로 구성될 수 있다.
도 1A를 참조하면, 제1, 2 방사 엘리먼트(110, 120)는 원기둥의 형상일 수 있다. 그러나, 방사 엘리먼트는 원뿔 형상이나 납작한 직사각형 형상 등 다른 형상을 가질 수 있다. 제1, 2 방사 엘리먼트의 형상(110, 120)은 본 명세서에 제시된 예시로 한정되지 않는다. 이 때, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)의 형상은 대칭이다.
도 1A를 참조하면, 제1 방사 엘리먼트(110)과 제2 방사 엘리먼트(120)의 사이 각이 180도를 이루도록 배치된다. 그러나, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)는 상하 또는 좌우 대칭인 형상으로, 180도가 아닌 Y자 형상이나 다른 사이각을 이룰 수 있다. 또한, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)는 구부러질 수 있는 벤딩(bending) 형태로 구현될 수 있다.
도 1A를 참조하면, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120) 사이에 적어도 하나 이상의 다이폴 지지 기둥(160)이 추가될 수 있다. 다이폴 지지 기둥(160)은 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)을 연결한다. 일례로, 다이폴 지지 기둥(160)은 도 1A와 같이 원기둥 형상일 수 있으나, 삼각 기둥, 사각 기둥 등과 같이 다른 형상을 가질 수 있다. 다이폴 지지 기둥(160)의 형상은은 본 명세서에 제시된 예시로 한정되지 않는다.
제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)은 다이폴 지지 기둥(160)과 결합을 위한 홈을 포함할 수 있다. 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)의 각 홈은 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)가 마주하는 면에 위치한다. 다이폴 지지 기둥(160)은 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)의 각 홈에 삽입됨으로써 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)와 결합한다.
다이폴 지지 기둥(160)은 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)의 간격을 유지하고, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)를 고정한다. 또한, 다이폴 지지 기둥(160)은 평판형 발룬(130)을 지지하는 발룬 하우징(150)(balun housing)과 결합됨으로써 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)가 평판형 발룬(130)으로부터 안정적으로 급전될 수 있도록 한다.
도 1A를 참조하면, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)는 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)의 중간에서 180도의 위상차를 갖는 평형 신호를 제공하는 평판형 발룬(130)과 연결된다. 구체적으로, 평판형 발룬(130)은 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120) 각각에 연결되는 금속 도선(140)과 연결된다.
즉, 평판형 발룬(130)은 금속 도선(140)을 통해 다이폴 안테나의 제1, 2 방사 엘리먼트(110, 120)에 평형 신호를 공급하거나 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트로부터 수신한 평형 신호를 합성할 수 있다. 즉, 평판형 발룬(130)이 급전하는 동작은 평형 신호를 공급하는 동작과 대응할 수 있다.
본 발명의 다이폴 안테나는 동축 선로를 통해 무선 통신을 수행하는 송신기 및 수신기와 연결될 수 있다. 그리고, 평판형 발룬(130)은 다이폴 안테나가 송신기와 연결되었을 경우 평형 신호를 제1, 2 방사 엘리먼트(110, 120)에 공급한다. 또한, 평판형 발룬(130)은 다이폴 안테나가 수신기와 연결되었을 경우 제1, 2 방사 엘리먼트(110, 120)로부터 평형 신호를 수신하여 합성한다.
또한, 평판형 발룬(130)은 임피던스(impedance) 매칭을 수행할 수 있다. 본 발명의 다이폴 안테나에 연결된 송신기 또는 수신기와 다이폴 안테나 간의 임피던스에 차이가 클수록, 다이폴 안테나와 송신기 또는 수신기 간의 평형 신호의 전달이 제대로 이루어지지 않을 수 있다.
임피던스 매칭이란, 다이폴 안테나에 연결된 송신기 또는 수신기와 다이폴 안테나 간의 임피던스에 차이가 있는 경우, 다이폴 안테나에 연결된 송신기 또는 수신기와 다이폴 안테나 간의 임피던스 변환이 점진적으로 일어나도록 하여 신호 전달이 제대로 이루어지도록 하는 것이다. 즉, 다이폴 안테나와 송신기 또는 수신기 사이에 평판형 발룬이 삽입됨으로써 임피던스 변환이 점진적으로 이루어져 평형 신호의 전달을 용이하게 한다.
그리고, 평판형 발룬(130)은 다이폴 안테나와 송신기 또는 수신기를 연결하는 동축 선로로부터 전달되는 불평형 신호를 평형 신호로 변환할 수 있다.
평판형 발룬(130)은 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)의 중간에 위치할 수 있다. 그리고, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)는 평판형 발룬(130)을 기준으로 대칭을 이룬다.
도 1A를 참조하면, 평판형 발룬(130)은 일직선 상에 위치하는 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)의 중간에 위치한다. 그리고, 평판형 발룬(130)은 방사 엘리먼트(110)와 방사 엘리먼트(120)와 수직을 이룬다. 그러나, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)의 사이 각은 가변적일 수 있다.
일례로, 본 발명의 다이폴 안테나를 UHF/SHF 대역의 고주파 및 광대역 용도로 이용하기 위해 PCB 기판에 구현되는 평판형 발룬(130)이 이용될 수 있다. 이용될 수 있는 평판형 발룬(130)은 MS(microsrip)-CPW(coplanar waveguide), MS(microstrip)-CPS(coplanar stripline), CPW(Coplanar waveguide)-CPS(coplanar stripline) 등이 있다
평판형 발룬(130)으로부터 안정적인 급전을 위해 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120) 및 평판형 발룬(130)은 고정되어야 한다. 발룬 하우징(150)은 평판형 발룬(130)을 둘러싸며 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)에 연결된 다이폴 지지 기둥(160)과 결합함으로써 평판형 발룬(130)을 고정한다.
발룬 하우징(150)은 평판형 발룬(130)을 보호하고, 평판형 발룬(130)과 금속 도선(140)의 연결이 외부 요인으로 인해 끊어지지 않도록 지지한다. 그리고, 발룬 하우징(150)은 유전체의 재질로 구성될 수 있다.
도 1A를 참조하면, 발룬 하우징(150)과 평판형 발룬(130)은 발룬 하우징(150)에 포함된 복수의 고정홀(180)을 통해 결합된다. 그리고, 발룬 하우징(150)은 평판형 발룬(130)의 모서리를 감싸는 형상을 가짐으로써 평판형 발룬(130)을 보호할 수 있다.
본 발명의 발룬 하우징(150)은 종래 안테나 지지 구조물과 달리, 제1, 제2 방사 엘리먼트(110, 120)가 아닌 평판형 발룬을 지지하며, 제1, 제2 방사 엘리먼트들(110, 120)의 사이에 위치하는 다이폴 지지 기둥과 결합됨으로써 고정되기 때문에, 종래 안테나 지지 구조물 보다 부피가 작아 안테나 지지 구조물로 인한 다이폴 안테나의 방사 패턴이 왜곡되는 문제를 해결할 수 있다.
도 1B는 본 발명의 일실시예에 따른 다이폴 안테나의 측면도를 도시한 도면이다.
도 1B를 참조하면, 다이폴 안테나의 제1, 2 방사 엘리먼트(110, 120)와 다이폴 안테나에 급전하는 평판형 발룬(130)이 결합된 모습을 측면도로 도시한 도면이다. 도 1B를 참조하면, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)에 포함된 점선은 다이폴 지지 기둥(160)이 삽입되는 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)의 홈이다.
도 1B를 참조하면, 다이폴 지지 기둥(160)은 제1 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)의 중간에 위치하고, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)를 연결하고, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)의 홈을 통해 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)와 결합한다.
그리고, 다이폴 지지 기둥(160)은 발룬 하우징(150)과 수직으로 결합된다. 도 1A에서와 마찬가지로, 도 1B에서도 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)는 일직선 상에 위치하고, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)의 사이 각은 180도이다.
도 1B를 참조하면, 제1 방사 엘리먼트(110), 제2 방사 엘리먼트(120) 및 발룬 하우징(150)이 결합된 형상은 'T'자 형상일 수 있다. 즉, 발룬 하우징(150) 및 평판형 발룬(130)을 포함하는 평면과 제1 방사 엘리먼트(110) 및 제2 방사 엘리먼트(120)의 각 밑면과 윗면의 중심을 연결하는 선분은 수직을 이룰 수 있다.
그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 제1 방사 엘리먼트(110), 제2 방사 엘리먼트(120)는 가변될 수 있으므로 180도가 아닌 다른 사이각을 이룰 수 있다. 또한, 제1 방사 엘리먼트(110)와 제2 방사 엘리먼트(120)는 구부러질 수 있는 벤딩(bending) 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 방사 엘리먼트(110), 제2 방사 엘리먼트(120) 및 발룬 하우징(150)이 결합된 형상은 'Y'자 형상일 수 있다.
평판형 발룬(130)은 발룬 하우징(150)의 중앙에 삽입되는 형태로 발룬 하우징(150)과 결합된다. 발룬 하우징(150)은 평판형 발룬(130)과 결합을 위한 고정홀(180) 뿐만 아니라, 입출력 단자(170)를 포함할 수 있다. 입출력단자(170)는 발룬 하우징(150)이 다이폴 지지 기둥(160)과 결합되는 부분의 반대편에 위치할 수 있다. 입출력 단자(170)는 동축 선로를 통해 송신기 혹은 수신기와 연결됨으로써 전파를 송신기 혹은 수신기로 전달한다.
발룬 하우징(150)과 평판형 발룬(130)은 고정홀(180), 입출력 단자(170)를 통해 결합된다. 예를 들어, 발룬 하우징(150)과 평판형 발룬(130)은 발룬 하우징(150)의 고정홀(180)과 평판형 발룬(130), 입출력 단자(170)를 통과하는 나사와 같은 결합용 도구로 고정될 수 있다.
도 1C는 본 발명의 일실시예에 따른 다이폴 안테나의 정면도를 도시한 도면이다.
도 1C를 참조하면, 다이폴 안테나의 제1, 2 방사 엘리먼트(110, 120)와 다이폴 안테나에 급전하는 평판형 발룬(130)이 결합된 모습을 정면도로 도시한 도면이다. 도 1C를 참조하면, 제1, 2 방사 엘리먼트(110, 120)들을 연결하는 다이폴 지지 기둥(160)이 두 개가 배치된다.
제1, 2 방사 엘리먼트(110, 120)들은 일정 간격 떨어진 채 고정된다. 금속 도선(140)은 각각의 제1, 2 방사 엘리먼트(110, 120)와 연결되어 있다. 금속 도선(140)은 평판형 발룬(130)으로부터 제공받은 평형 신호를 제1, 2 방사 엘리먼트(110, 120)에 전달한다. 도 1C를 참조하면, 평판형 발룬(130)은 금속 도선(140)과 연결된다. 따라서, 평판형 발룬(130)은 금속 도선(140)을 통해 제1, 2 방사 엘리먼트(110, 120)에 급전한다.
도 1C를 참조하면, 발룬 하우징(150)은 두 개의 다이폴 지지 기둥(160)과 수직으로 결합한다. 발룬 하우징(150)에서 금속 도선(140)과 연결되는 다이폴 지지 기둥(160)의 밑면과 윗면을 연결하는 선분에 대응하는 방향 벡터와 수직을 이룬다. 다이폴 지지 기둥(160) 및 발룬 하우징(150)은 평판형 발룬(130)과 제1, 2 방사 엘리먼트(110, 120)들의 연결이 고정될 수 있도록 한다.
도 2A는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이폴 안테나의 사시도를 도시한 도면이다.
도 2A의 다이폴 안테나는 평판형인 다이폴 안테나이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이폴 안테나는 패치 엘리먼트를 포함하는 PCB 기판(230), PCB 기판(230)에 급전하는 평판형 발룬(240), 평판형 발룬(240)을 고정하는 발룬 하우징(260)을 포함한다.
평판형인 다이폴 안테나는 도 1A의 다이폴 안테나와 달리 두 개의 폴을 가지지 않고, 평판형의 기판에 패치 엘리먼트(210, 220)들이 프린트된다. PCB 기판(230)은 두 개의 패치 엘리먼트(210, 220)를 포함한다. 패치 엘리먼트(210, 220)는 본 발명의 일실시예에 방사 엘리먼트와 동일한 역할을 하나, 방사 엘리먼트는 입체적 형상이고, 패치 엘리먼트는 평판형 형상이기 때문에 방사 패턴은 달라질 수 있다. 따라서, 방사 엘리먼트와 같이 패치 엘리먼트(210, 220)는 평판형 발룬(240)으로부터 평형 신호를 공급받거나, 수신한 평형 신호를 평판형 발룬(240)에 전달할 수 있다.
발룬 하우징(260)은 평판형 발룬(240)을 둘러싸며 PCB 기판(230)과 결합함으로써 평판형 발룬(240)을 고정한다. 발룬 하우징(260)은 PCB 기판(230)과 결합하고, PCB 기판(230)과 수직을 이룬다. 구체적으로, 발룬 하우징(260) 및 평판형 발룬(240)을 포함하는 평면과 PCB 기판(230)을 포함하는 평면이 수직 관계를 갖는다.
발룬 하우징(260)은 평판형 발룬(240)을 보호하고, 평판형 발룬(240)과 금속 도선(250)의 연결이 외부 요인으로 인해 끊어지지 않도록 지지한다. 그리고, 발룬 하우징(260)은 유전체의 재질로 구성될 수 있다.
도 2A를 참조하면, 발룬 하우징(260)과 평판형 발룬(240)은 발룬 하우징(260)에 포함된 복수의 고정홀(290)을 통해 결합된다. 그리고, 발룬 하우징(260)은 평판형 발룬(240)의 모서리를 감싸는 형상을 가짐으로써 평판형 발룬(240)을 보호할 수 있다.
도 2B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이폴 안테나의 측면도를 도시한 도면이다.
PCB 기판(230)은 2개의 패치 엘리먼트(210, 220)을 포함한다. 패치 엘리먼트들은 상하 또는 좌우로 대칭이다. 도 2B를 참조하면, 패치 엘리먼트들은 보우타이(bowtie) 형상을 가질 수 있다. 패치 엘리먼트들은 보우타이 형상 뿐만 아니라, 광대역 소자로서의 역할을 하기 위하여 부채형 등 다양한 형태의 변형된 다이폴 형상을 가질 수 있다.
도 2B를 참조하면, PCB 기판(230)은 급전을 위해 평판형 발룬(240)과 연결되는 금속 도선(250) 및 발룬 하우징(260)과 결합되는 적어도 하나 이상의 결합 홀(280)을 포함할 수 있다. 결합 홀(280)은 패치 엘리먼트(210, 220)들의 중간에 위치할 수 있다.
발룬 하우징(260)은 결합 홀(280)을 통해 PCB 기판(230)과 결합됨으로써 PCB 기판(230) 및 평판형 발룬(240)을 고정할 수 있다. 일례로, PCB 기판(230)과 발룬 하우징(260)은 결합 홀(280)과 발룬 하우징(260)에 삽입되는 나사를 통해 결합될 수 있다.
평판형 발룬(240)은 PCB 기판(230)의 중앙에 연결된다. 구체적으로, 평판형 발룬(240)은 PCB 기판(230)의 중앙의 홀을 통해 삽입된 금속 도선(250)에 연결된다. 평판형 발룬(240)은 PCB 기판(230)과 수직을 이룬다. 구체적으로, PCB 기판(230)에 포함된 패치 엘리먼트들의 중간에 삽입된 금속 도선(250)을 통해 평판형 발룬(240)과 결합된다. 또한, 평판형 발룬(240)은 패치 엘리먼트들에 180도의 위상차를 갖는 평형 신호를 공급하거나 패치 엘리먼트(210, 220)로부터 수신한 평형 신호를 합성할 수 있다.
구체적으로, 평판형 발룬(240)은 다이폴 안테나가 송신기와 연결되었을 경우 평형 신호를 패치 엘리먼트(210, 220)에 공급한다. 또한, 평판형 발룬(240)은 다이폴 안테나가 수신기와 연결되었을 경우 패치 엘리먼트(210, 220)로부터 평형 신호를 수신하여 합성한다. 그리고, 평판형 발룬(240)은 다이폴 안테나에 연결된 송신기 또는 수신기와 다이폴 안테나 사이의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
금속 도선(250)은 PCB 기판(230)에 포함되는 패치 엘리먼트(210, 220)들의 중간에 위치할 수 있다. 패치 엘리먼트(210, 220)들은 금속 도선(250)을 기준으로 대칭일 수 있다.
본 발명의 발룬 하우징(260)은 종래 안테나 지지 구조물과 달리, 패치 엘리먼트(210, 220)가 아닌 평판형 발룬을 지지하며, PCB 기판에 포함된 결합 홀을 통해 고정되기 때문에, 종래 안테나 지지 구조물 보다 부피가 작아 안테나 지지 구조물로 인한 다이폴 안테나의 방사 패턴이 왜곡되는 문제를 해결할 수 있다.
도 2C는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이폴 안테나의 정면도를 도시한 도면이다.
도 2C는 평판형 발룬(240) 및 발룬 하우징(260)이 연결된 PCB 기판(230)의 정면도를 도시한 도면이다. 도 2C를 참조하면, 보우타이 형상인 패치 엘리먼트들(210, 220)이 대칭을 이룬다. 패치 엘리먼트들(210, 220)의 중간에 금속 도선(250)이 삽입되어 있으며, 금속 도선(250)은 평판형 발룬(240)과 연결된다.
결합 홀(280)은 PCB 기판(230)과 수직 관계를 가지는 발룬 하우징(260)이 PCB 기판(230)과 결합되는 지점과 대응한다. 따라서, 도 2C를 참조하면, 결합 홀(280)은 발룬 하우징(260) 및 평판형 발룬(240)을 포함하는 평면과 PCB 기판(230)이 접하여 생기는 선분의 양 끝에 위치한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이폴 안테나의 방사 패턴을 시뮬레이션한 그래프이다.
종래 기술과 본 발명에 따른 기술에 대하여, SHF대역 이상의 고대역에서 동작하도록 설계된 다이폴 안테나의 방사 패턴 시뮬레이션 결과를 비교 도시한 그림이다. 이 때, 다이폴 안테나는 평판형 발룬에 의해 급전된다. 도 3에 포함된 그래프 (a), (b), (c)는 방사 엘리먼트를 z방향으로 배치한 경우 x-y면에 대한 (방위각방향) 방사 패턴을 나타낸다. 그리고, 301은 안테나의 Farfield Gain Abs(Theta=90)을 의미하고, 302는 Phi/Degree vs. dB의 수치를 나타낸다.
도 3의 (a)는 도 2의 종래의 기술에 의한 방위각 방향 방사 패턴의 시뮬레이션 결과이다. 도 3의 (a)를 참조하면, 기존의 안테나 지지 구조물은 방사 엘리먼트와 발룬을 모두 지지하기 위해 그 부피가 커져 다이폴의 전방향성 방사 패턴이 상당히 왜곡되어 일그러진 형태를 나타낸다.
도 3의 (b)는 도 1A, 1B, 1C에 따른 본 발명의 일실시예에 의한 따른 방위각방향 방사 패턴 시뮬레이션 결과이다. 도 3의 (b)를 참조하면, 본 발명의 발룬 하우징 구조에 의하여 방사 패턴이 유지되는 것을 나타낸다.
도 3의 (c)는 도 2A, 2B, 2C에 따른 본 발명의 다른 실시예에 의한 따른 방위각방향 방사패턴 시뮬레이션 결과이다. 도 3의 (c)를 참조하면, 방사 패턴은 일부 일그러지긴 하였으나 종래기술에 의한 도 3의 (a)에 비하여 크게 왜곡되지 않았음을 나타낸다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110: 제1 방사 엘리먼트
120: 제2 방사 엘리먼트
130: 평판형 발룬
150: 발룬 하우징
160: 다이폴 지지 기둥

Claims (19)

  1. 다이폴(dipole) 안테나의 각 폴(pole)에 대응하는 제1 방사 엘리먼트(element)와 제2 방사 엘리먼트;
    상기 제1 방사 엘리먼트와 제2 방사 엘리먼트를 연결하고, 상기 제1 방사 엘리먼트와 제2 방사 엘리먼트의 간격을 고정하는 적어도 하나 이상의 다이폴 지지 기둥;
    상기 제1 방사 엘리먼트와 제2 방사 엘리먼트에 연결되고, 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트에 평형 신호를 공급하거나 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트로부터 수신한 평형 신호를 합성하는 평판형 발룬(balun);
    상기 다이폴 지지 기둥와 결합되고, 상기 평판형 발룬을 둘러싸는 발룬 하우징(housing)
    을 포함하는 다이폴 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트는,
    상하 또는 좌우 대칭으로 배치되는, 다이폴 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트는,
    동일한 형상인, 다이폴 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트는,
    각각 금속 재질로 구성되는, 다이폴 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트는,
    상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트가 마주하는 면에 다이폴 지지 기둥과 결합을 위한 홈을 포함하고,
    상기 다이폴 지지 기둥은,
    상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트의 각 홈에 삽입됨으로써 상기 제1 방사 엘리먼트와 제2 방사 엘리먼트를 고정하는, 다이폴 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 평판형 발룬은,
    상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트에 180도의 위상차를 갖는 평형 신호를 제공하는, 다이폴 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 평판형 발룬은,
    상기 다이폴 안테나와 연결되는 송신기 또는 수신기와 상기 다이폴 안테나 사이의 임피던스 변화가 점진적으로 일어나도록 하는, 다이폴 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발룬 하우징은,
    유전체 재질로 이루어진, 다이폴 안테나.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발룬 하우징은,
    상기 평판형 발룬과 결합될 수 있도록 복수의 고정홀을 포함하는, 다이폴 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발룬 하우징은,
    다이폴 안테나를 이용하는 송신기 또는 수신기와 연결되는 입출력 단자를 포함하는, 다이폴 안테나.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트 각각에 연결되고, 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트와 상기 평판형 발룬 사이에 평형 신호를 전달하는 금속 도선
    을 더 포함하는 다이폴 안테나.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 평판형 발룬은,
    상기 금속 도선과 연결되고, 상기 금속 도선을 통해 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트에 평형 신호를 공급하거나 상기 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트로부터 수신한 평형 신호를 합성하는, 다이폴 안테나.
  13. 적어도 하나 이상의 패치 엘리먼트(element)를 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 기판 -상기 PCB 기판은 복수의 결합홀을 포함함-;
    상기 PCB 기판에 평형 신호를 공급하거나 상기 PCB 기판으로부터 수신한 평형 신호를 합성하는 평판형 발룬(balun);
    상기 PCB 기판에 삽입되고, 상기 평판형 발룬과 연결되고, 상기 PCB 기판과 상기 평판형 발룬 사이에 평형 신호를 전달하는 금속 도선; 및
    상기 복수의 결합홀을 통해 상기 PCB 기판과 결합하고, 상기 평판형 발룬을 둘러싸서 지지하는, 발룬 하우징(housing)
    을 포함하는 다이폴 안테나.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 평판형 발룬은,
    상기 패치 엘리먼트에 180도의 위상차를 갖는 평형 신호를 제공하는, 다이폴 안테나.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 평판형 발룬은,
    상기 다이폴 안테나와 연결되는 송신기 또는 수신기와 상기 다이폴 안테나 사이의 임피던스 변화가 점진적으로 일어나도록 하는, 다이폴 안테나.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 발룬 하우징은,
    유전체 재질로 이루어진, 다이폴 안테나.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 발룬 하우징은,
    상기 평판형 발룬과 결합될 수 있도록 복수의 고정홀을 포함하는, 다이폴 안테나.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 발룬 하우징은,
    다이폴 안테나를 이용하는 송신기 또는 수신기와 연결되는 입출력 단자를 포함하는, 다이폴 안테나.
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