KR-102961429-B1 - MILIMETERWAVE BAND ANTENNA

Abstract

본 기술은 밀리미터파 안테나가 개시되어 있고, 본 기술에 대한 구체적인 실시예에 의거하면, SSWA 안테나의 방사 슬롯의 개구면의 인접 위치에 수직으로 자기 전기 다이폴 안테나의 소정 수의 금속봉을 배치하여 SWA 안테나의 분배된 전기적 신호를 공진하여 자유공간 상에 방사함에 따라, 전방향에 대해 고이득을 획득할 수 있고, 소정 수의 방사 슬롯의 개구면의 길이와 금속봉 및 방사 슬롯의 개구면 간의 이격 거리로 동작주파수 확장 및 임피던스 정합을 수행함에 따라 별도의 추가 장비없이 밀리미터파 안테나의 성능을 향상시킬 수 있고, 이에 안테나를 경박단소화할 수 있다.

Inventors

• 이가현
• 윤수정
• 조영균

Assignees

• 충남대학교산학협력단

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20240426

Claims (7)

1. SWA(Slotted waveguide array) 안테나; 및 상기 SWA 안테나의 상면에 위치하여 상기 SWA 안테나에서 분배된 전기적 신호를 공진하여 자유공간 상으로 방사하는 자기 전기 다이폴 안테나를 포함하고, 상기 SWA 안테나는, 속성으로 제작되어 수신된 전기적 신호를 소정 방향으로 유도하는 도파관; 상기 도파관 내에 위치하여 외부로부터 공급되는 전기적 신호를 수신하는 급전 슬롯; 상기 급전 슬롯의 전기적 신호를 분배하여 소정 수의 개구면으로 방사하는 방사 슬롯을 포함하며, 상기 자기 전기 다이폴 안테나는 SWA 안테나의 방사 슬롯의 개구면의 인접된 위치에 위치하여 개구면을 통해 방사 슬롯의 전기적 신호를 제공받아 개구면의 길이 Lrslot와 방사 슬롯 간의 이격 거리 Gsp를 토대로 신호 전력의 위상 및 세기를 제어하는 소정 수의 금속봉을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 안테나.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 소정 수의 금속봉은, 상기 방사 슬롯의 개구면과 인접된 위치에 배치되어 상기 SWA 안테나의 도파관의 방사 슬롯의 개구면에서 분배된 전기적 신호를 공진하여 자유공간 상으로 방사하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 안테나.
4. 제3항에 있어서, 상기 밀리미터파 안테나는, 상기 SWA 안테나의 방사 슬롯의 개구면의 길이로 동작주파수 대역을 확장하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 안테나.
5. 제4항에 있어서, 상기 SWA 안테나의 방사 슬롯의 길이는, 동작주파수 대역 간의 비례 관계로 도출되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 안테나.
6. 제1항에 있어서, 상기 금속봉은 상기 방사 슬롯의 개구면의 길이와 각 금속봉 및 개구면 간의 이격 거리에 의거, 상기 방사 슬롯을 통해 분배된 전기적 신호의 임피던스 정합을 수행하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 안테나.
7. 제6항에 있어서, 상기 금속봉은 상기 SWA 안테나의 방사 슬롯의 개구면과 기 정해진 임계 거리 이상으로 이격 설치되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 안테나.

Description

밀리미터파 대역의 안테나{MILIMETERWAVE BAND ANTENNA} 본 발명은 밀리미터파 대역의 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SWA 안테나의 방사 슬롯의 개구면의 인접된 위치에 자기 전기 다이폴 안테나의 금속봉을 다수개 배치함에 따라, 전방향에 대해 고이득을 높일 수 있도록 한 기술에 관한 것이다. 최근에는 밀리미터파 대역에서는 신호 감쇠 문제가 발생하기 위해 높은 이득의 안테나를 개발하여야 하며 안테나의 이득을 높이기 위해 배열 안테나가 활발히 연구되고 있다. 예를 들어, 도파관 슬롯 배열(slotted waveguide array, SWA) 안테나는 손실이 적어 높은 이득을 구현하기 위한 구조이다. 그러나, SWA 안테나에서 이득 증가를 위해 배열 규모를 키우거나 반사판 등의 구조물을 추가하는 방식이 사용되나, 이러한 방식을 적용하면 안테나의 크기가 커지므로 다른 시스템과 결합이 어려워지고 안테나의 급전을 위한 구조가 복잡해지는 한계에 도달하였다. 따라서 안테나의 크기를 유지하면서 이득을 높일 수 있는 새로운 방식의 배열 안테나 개발이 요구된다. 본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다. 도 1은 일 실시예에 따른 밀리미터파 안테나의 구성도이다. 도 2는 도 1의 밀리미터파 안테나의 상측 단면을 보인 도이다. 도 3은 도 1의 밀리미터파 안테나의 방사슬롯의 길이에 따라 확장된 동작주파수 대역을 보인 파형도이다. 도 4는 도 1의 밀리미터파 안테나의 방사슬롯의 개구면과 금속봉 간의 거리에 따른 방사 계수를 보인 파형도이다. 도 5는 도 1의 밀리미터파 안테나의 전류분포도이다. 도 6은 도 1의 밀리미터파 안테나의 전계 분포도이다. 도 7은 도 1의 밀리미터파 안테나의 이득 및 방사계수를 보인 파형도이다. 아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 이하에서의 일 실시예는 SWA 안테나의 방사 슬롯의 개구면의 인접 위치에 소정 수의 자기 전기 다이폴 안테나의 금속봉을 배치하여 상기 개구면의 길이와 금속봉 및 개구면간의 이격 길이로 분배된 전기적 신호의 위상 및 세기를 조정하여 자유 공간 상에 방사함에 따라 동작주파수 대역의 확장 및 임피던스 정합을 수행하여 전방향 고이득의 밀리미터파 안테나에 대해 구체적으로 설명한다. 도 1은 일 실시예에 따른 밀리미터파 안테나의 구성도이고, 도 2는 도 1의 밀리미터파 안테나의 상면을 보인 도로서, 도 1 내지 도 2를 참조하면, 밀리미터파 안테나는 SWA 안테나의 방사 슬롯의 상면의 개구면과 인접 위치에 배치되는 자기 전기 다이폴 안테나의 소정 수의 금속봉을 구비하며 이에 밀리미터파 안테나는 SWA 안테나(1) 및 자기 전기 다이폴 안테나(2)를 포함한다. SWA 안테나(1)는 외부로부터 공급되는 전기적 신호를 분배하여 도파관에 의해 유도된 방향으방사하는 구성을 갖추며, 이에 SWA 안테나(1)는 도파관(110), 급전 슬롯(120), 및 방사 슬롯(130)을 포함할 수 있다. 여기서 도파관(110)은 금속성(알루미늄 등)으로 구비되는 직육면체의 형상으로 구비되고, 급전 슬롯(120), 및 방사 슬롯(130) 등의 다수의 슬롯을 포함한다. 그리고 급전 슬롯(120)은 도파관(110)의 내부에 위치하여 외부로부터 공급되는 전기적 신호를 수신한다. 방사 슬롯(130)은 급전 슬롯(120)의 상면에 배치하여 급전 슬롯(120)의 전기적 신호를 소정 수로 분배하고 분배된 전기적 신호를 각각의 개구면(141)을 통해 방사한다. 한편, 일 실시예의 자기 전기 다이폴 안테나(2)는 SWA 안테나(1)의 방사 슬롯(130)의 개구면(131)과 인접된 위치에 소정 수의 금속봉(210)을 배치한다. 여기서 금속봉(210)는 전도성 도체의 방사패치로 구비되어 SWA 안테나(1)의 방사 슬롯(140)의 개구면(141)의 전기적 신호를 공진하여자유공간 상으로 방사하는 구성을 갖춘다. 즉, 소정 수의 금속봉(210)은 SWA 안테나(1)의 방사 슬롯(130)의 개구면(131)의 인접된 위치에 위치하여 개구면(131)을 통해 방사 슬롯(140)의 전기적 신호를 제공받아 개구면의 길이(131)Lrslot와 금속봉(210) 및 방사 슬롯(140) 간의 이격 거리 Gsp를 토대로 신호 전력의 위상 및 세기를 제어한다. 도 3은 밀리미터파 안테나의 개구면(131)의 길이 Lrslot에 의거 동작주파수 대역을 보인 파형도이고, 도 4는 밀리미터파 안테나의 금속봉(210)과 방사 슬롯(140) 간의 이격 거리 Gsp 에 의한 방사 계수를 보인 파형도이다. 여기서, 도 3을 참조하면, 개구면(131)의 길이 Lrslot에 의거 동작주파수 대역이 결정됨을 확인할 수 있다. 이에 개구면(131)의 길이와 동작주파수 대역은 비례 관계로 나타낼 수 있다. 일 례로 개구면(131)의 길이 Lrslot가 높을수록 동작 주파수 대역이 확장된다. 한편, 도 4를 참조하면, 금속봉(210)과 방사 슬롯(130) 간이 이격 거리 Gsp에 의거 개구면(141)에서 형성된 전기장의 신호 전력의 임피던스가 정합됨을 알 수 있다. 일 례로, 금속봉(210)은 방사 슬롯(140)의 개구면(131)으로부터 소정의 임계 거리 Gsp 이상 이격되어 배치된다. 일 실시예에서 방사 슬롯(130)의 개구면(131)의 길이 Lrslot와 금속봉(210)과 방사 슬롯(130의 개구면(131) 간의 이격 거리 Gsp은 다수의 시뮬레이션을 통해 얻어진 결과값으로 원하는 동작주파수 대역으로 확장하고 이득을 높일 수 있는 최적의 값으로 설정되며, 룩업 테이블 형태로 저장될 수 있다. 도 5는 일 실시예의 밀리미터파 안테나의 신호 전력의 방사 패턴을 보인 도이고, 도 6은 일 실시예의 밀리미터파 안테나의 전계 분포를 보인 도이며, 도 7은 일 실시예의 밀리미터파 안테나의 이득 및 방사 계수를 보인 도이다. 도 5를 참조하면, 일 실시예의 밀리미터파 안테나의 전기장의 신호 전력이 기존의 SWA 안테나(1)의 방사 패턴((a)에 도시됨)이 비교하여 방사 슬롯(140)과 자기 전기 다이폴 안테나(2)의 금속봉(210)에 의거 자유공간 상의 전방향에 대해 방사됨을 확인할 수 있다((b)에 도시됨). 또한 도 6을 참조하면, 일 실시예의 밀리미터파 안테나는 기존의 SWA 안테나(w/o ME-reflectors로 표시됨)의 동일한 개구면(131)의 면적에 대해 전계 분포(w/ME-reflectors로 나타냄)가 향상됨을 알 수 있고, 도 7을 참조하면, 일 실시예의 밀리미터파 안테나는 기존의 SWA 안테나(파선으로 표시됨)에 비해 이득이 향상됨을 확인할 수 있다. 이에 일 실시예는, SWA 안테나의 방사 슬롯의 개구면의 인접 위치에 수직으로 소정 수의 금속봉을 배치하여 SWA 안테나의 전기적 신호를 공진하여 자유공간 상에 방사함에 따라, 밀리미터파 안테나의 전방향에 대해 고이득을 획득할 수 있다. 또한 일 실시예는 방사슬롯의 개구면의 길이와 금속봉 및 방사 슬롯 간의 이격 간격으로 동작주파수 확장 및 임피던스 정합을 수행함에 따라 별도의 추가 장비없이 안테나의 성능을 향상시킬 수 있고, 이에 안테나를 경박단소화할 수 있다. 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. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.