KR101001664B1 - 수직 편파 및 수평 편파의 동시 송수신이 가능한 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직 편파 및 수평 편파의 동시 송수신이 가능한 안테나에 관한 것이다. 본 발명의 안테나는 서로 수직으로 배치된 제 1 안테나와 제 2 안테나, 제 1 안테나 및 제 2 안테나가 이루는 평면을 중심으로 서로 대칭되고, 제 1 안테나와 수직인 방향으로 배치된 제 3 안테나와 제 5 안테나 및 제 1 안테나 및 제 2 안테나가 이루는 평면을 중심으로 서로 대칭되고, 제 1 안테나와 수평인 방향으로 배치된 제 4 안테나와 제 6 안테나를 포함한다. 본 발명에 의하면, 수직 편파 및 수평 편파의 송신과 피시험체로부터 산란되어 돌아오는 수직 편파 및 수평 편파의 동시 분리 수신이 가능한 안테나에 있어서, 피시험체를 거치지 않고 곧바로 수신되는 송신 신호를 상쇄시킴으로써 기존의 측정 방법에 비해 보다 높은 격리도를 얻을 수 있는 안테나 기술을 제공할 수 있는 효과가 있다.

안테나 이득, 수직 편파, 수평 편파, 격리도, 전력합 소자, 전력차 소자

Description

수직 편파 및 수평 편파의 동시 송수신이 가능한 안테나{ANTENNA CAPABLE OF RECEIVING AND TRRANSMITTING VERTICAL AND HORIZONTAL POLARIZATION}

본 발명은 수직 편파 및 수평 편파의 동시 송수신이 가능한 안테나에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-014-01, 과제명: U-사회 전파환경 보호를 위한 전자파양립성 연구].

안테나(antenna)는 무선통신에서 통신의 목적을 달성하기 위해 공간에 효율적으로 전파를 방사하거나, 또는 전파에 의해 효율적으로 기전력을 유기(誘起)시키기 위해 공중에 가설한 도선(導線)을 일컫는 용어로서, 전파탑/송수신을 위해 전자파를 공간으로 보내거나 받기 위한 장치이다. 이와 같은 안테나는 무선 통신이 급격하게 발달하는 오늘날 그 사용 분야에 계속 확대되고 있는 추세이며, 특히, 개인이 휴대하는 이동 통신 단말기, 휴대용 텔레비젼 등의 급속한 보급에 따라 소형 안 테나의 시장이 기하급수적으로 확장되고 있는 실정이다.

최근 T-DMB, DVB-H, PCS, Cellular, FM 등 휴대가 간편한 무선 기기들은 대부분 소형 안테나를 장착하고 있다. 이러한 무선기기에 대한 안테나의 이득을 측정하는 경우 해당 안테나에 케이블을 설치해야 했는데, 케이블의 설치가 안테나 이득 측정에 영향을 미치기 때문에 정확한 이득 측정이 어려운 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 측정 방법이 RCS(Radar Cross Section) 개념의 안테나 이득 측정 기술이다. RCS 개념의 측정 기술은 측정하고자 하는 안테나에 케이블을 설치하지 않고 안테나 이득을 측정하는 기술로서, 해당 안테나에 전파를 송신하고, 역산란되어 되돌아오는 전파를 수신하여 안테나 성능을 측정하는 기술이다. RCS 개념의 안테나 이득 측정 방법은 IEEE Transaction on Antenna and Propagation(1998)에 상세히 기재되어 있다.

이러한 기술을 구현하기 위해서는 먼저 수직 편파를 피시험체(피시험용 안테나)에 송신하고, 피시험체로부터 산란되어 되돌아오는 전자파를 수직 편파와 수평 편파로 분리 수신해야 한다. 그리고 난 뒤, 동일 지점에서 수평 편파를 피시험체에 송신하고 피시험체로부터 산란되어 되돌아오는 전자파를 수직편파와 수평편파 분리 수신해야 한다. 종래에는 이와 같은 측정 방법을 구현하기 위하여 광대역의 듀얼(dual) 편파 혼(horn) 안테나 2개를 함께 설치하고, 하나는 송신안테나로 다른 하나는 수신안테나로 사용하였다. 이렇게 안테나 이득 측정을 위하여 두 개의 안테나를 사용하는 경우, 송신 안테나에서 피시험체를 향해 송신된 전자파 중 일부가 피시험체에 도달하지 않은 상태로 곧바로 수신 안테나에 의해 수신될 수 있다. 이 때문에, 수신 안테나에서는 피시험체로부터 되돌아오는 수신 신호와 위와 같이 곧바로 수신되는 송신 신호를 구별하기 매우 어렵다.

따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 격리도를 증가시킬 필요가 있다. 격리도란, 송신 안테나와 수신 안테나가 서로 간섭을 덜 일으키면서 무선 주파수의 송수신 기능을 효율적으로 수행할 수 있도록 한 신호 분리도를 의미한다. 격리도는 송신 안테나와 수신 안테나간의 이격 거리에 따라 변하는 특성이 있다. 그런데 위와 같은 측정 방법을 이용하는 경우, 송신 안테나와 수신 안테나의 이격 거리를 늘리는 데에는 한계가 있기 때문에, 일정 수준 이상으로 격리도를 증가시키는 것이 어렵다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 하나의 안테나를 통하여 수직 편파를 송신하고, 피시험체로부터 산란되어 돌아오는 수직 편파와 수평 편파를 동시에 분리 수신하며, 또한 동일한 안테나로 수평 편파를 송신하고, 피시험체로부터 산란되어 돌아오는 수직 편파와 수평 편파를 동시에 분리 수신할 수 있는 안테나 기술을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한 본 발명은 수직 편파 및 수평 편파의 송신과 피시험체로부터 산란되어 돌아오는 수직 편파 및 수평 편파의 동시 분리 수신이 가능한 안테나에 있어서, 피시험체를 거치지 않고 곧바로 수신되는 송신 신호를 상쇄시킴으로써 기존의 측정 방법에 비해 보다 높은 격리도를 얻을 수 있는 안테나 기술을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 안테나에 있어서, 서로 수직으로 배치된 제 1 안테나와 제 2 안테나, 제 1 안테나 및 제 2 안테나가 이루는 평면을 중심으로 서로 대칭되고, 제 1 안테나와 수직인 방향으로 배치된 제 3 안테나와 제 5 안테나 및 제 1 안테나 및 제 2 안테나가 이루는 평면을 중심으로 서로 대칭되고, 제 1 안테나와 수평인 방향으로 배치된 제 4 안테나와 제 6 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 하나의 안테나를 통하여 수직 편파를 송신하고, 피시험체로부터 산란되어 돌아오는 수직 편파와 수평 편파를 동시에 분리 수신하며, 또한 동일한 안테나로 수평 편파를 송신하고, 피시험체로부터 산란되 어 돌아오는 수직 편파와 수평 편파를 동시에 분리 수신할 수 있는 안테나 기술을 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 수직 편파 및 수평 편파의 송신과 피시험체로부터 산란되어 돌아오는 수직 편파 및 수평 편파의 동시 분리 수신이 가능한 안테나에 있어서, 피시험체를 거치지 않고 곧바로 수신되는 송신 신호를 상쇄시킴으로써 기존의 측정 방법에 비해 보다 높은 격리도를 얻을 수 있는 안테나 기술을 제공할 수 있는 장점이 있다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 구조를 설명하기 위한 사시도이다. 또한 도 2는 도 1에 나타난 안테나의 안테나 소자부를 보다 상세하게 설명하기 위한 사시도이다.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나는 크게 안 테나 소자부(1 내지 7, 10)와 안테나 지지대부(8, 9)로 구성된다.

도 1에서, 안테나 소자부는 금, 은, 알루미늄, 동과 같은 도전체로 밀봉되고 내부가 비어있는 직육면체의 차폐 함체(1)를 포함한다. 차폐 함체(1)의 한 면에는 제 1 안테나(2)가 모노폴 형태로 배치되어 있으며, 모노폴 형태의 제 2 안테나(3)는 제 1 안테나(2)와 서로 수직을 이루며 배치된다.

이렇게 배치된 제 1 안테나(2) 및 제 2 안테나(3)는 2차원 평면(200)을 형성하게 된다. 도 1에서, 이 2차원 평면(200)을 중심으로 앞면과 뒤면에는 다이폴 형태의 제 3 안테나(4), 제 4 안테나(5), 제 6 안테나(7) 및 제 7 안테나(8)가 각각 배치된다. 도 2에서도, 제 1 안테나(2) 및 제 2 안테나(3)가 이루는 평면(200)을 중심으로 앞면에는 제 3 안테나(4a, 4b) 및 제 4 안테나(5a, 5b)가, 뒷면에는 제 5 안테나(6a, 6b) 및 제 6 안테나(7a, 7b)가 각각 배치되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이 때, 2차원 평면(200)의 앞면에 설치되는 제 3 안테나(4)와 뒷면에 설치되는 제 5 안테나(6)는 서로 대칭적인 구조를 지니는 것이 바람직하다. 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6)는 차폐 함체(1)에 수평이면서, 제 1 안테나(2)와 수직인 방향으로 배치된다.

또한 2차원 평면(200)의 앞면에 설치되는 제 4 안테나(5)와 뒷면에 설치되는 제 6 안테나(7)도 서로 대칭적인 구조를 지니는 것이 바람직하다. 제 4 안테나(5)와 제 6 안테나(7) 역시 차폐 함체(1)에 수평이면서, 제 1 안테나(2)와 수평인 방향으로 배치된다.

본 발명의 실시예에 따른 이러한 안테나를 '폴라리메틱(Polarimetic) 안테나'로 지칭할 수 있다.

도 1 및 도 2에서, 제 1 안테나(2)가 송신 안테나로 선택되어 피시험체에 대한 신호를 송신할 경우, 제 1 안테나(2) 및 제 2 안테나(3)가 이루는 평면(200)의 앞면 혹은 뒷면 방향으로 수직 편파의 복사전자파가 발생한다. 만약 평면(200)의 앞면 혹은 뒷면 방향에서 원역장 조건이 만족하는 위치에 피시험체를 설치한다면, 상기 수직 편파가 피시험체에 도달 후 되돌아오는 역산란파에는 수직 편파 성분과 수평 편파 성분이 모두 포함되어 있다. 이 때, 이 역산란파의 수평 편파 성분은 제 3 안테나(4) 또는 제 5 안테나(6)에 의해 수신되고, 수직 편파 성분은 제 4 안테나(5) 또는 제 6 안테나(7)에 의해 수신된다.

또한 제 2 안테나(3)를 송신 안테나로 하여 피시험체에 대한 신호를 송신할 경우, 평면(200)의 앞면 또는 뒷면 방향으로 수평 편파가 발생한다. 만약 평면(200)의 앞면 혹은 뒷면 방향에서 원역장 조건이 만족하는 위치에 피시험체를 설치한다면, 제 1 안테나(2)의 경우와 마찬가지로 상기 수평 편파가 피시험체에 도달 후 되돌아오는 역산란파에는 수직 편파 성분과 수평 편파 성분이 모두 포함되어 있다. 이 때, 이 역산란파의 수평 편파 성분은 제 3 안테나(4) 또는 제 5 안테나(6)에 의해 수신되고, 수직 편파 성분은 제 4 안테나(5) 또는 제 6 안테나(7)에 의해 수신된다.

즉, 본 발명의 실시예에 의한 폴라리매틱 안테나를 통하여, 동일 방향에서의 다중 편파를 분리 송수신하는 것이 가능하게 된다. 또한 제 1 안테나(2)와 제 2 안 테나(3)를 수신 안테나로 설정하고, 제 3 안테나(4), 제 4 안테나(5), 제 5 안테나(6) 및 제 6 안테나(7)를 송신 안테나로 설정하여 사용하는 경우에도 가역정리가 성립되어 위에서 언급한 것과 동일한 특성이 유지된다. 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.

제 1 안테나(2)와 제 2 안테나(3)는 급전부를 포함할 수 있다. 또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 제 3 안테나(4), 제 4 안테나(5), 제 5 안테나(6) 및 제 6 안테나(7)는 'ㅠ'자 모양을 갖는 다이폴 안테나로서, 각 안테나의 중심에 급전부가 배치될 수 있다. 이 급전부를 중심으로, 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6)는 좌측소자(4a, 6b)와 우측소자(4b, 6a)로 구성되며, 제 4 안테나(5)와 제 6 안테나(7)는 하단소자(5b, 7b)와 상단소자(5a, 7a)로 구성된다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 정단면도이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 후단면도이다. 또한 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 측단면도이며, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 평단면도이다. 여기서는 도 3 내지 도 6을 바탕으로 하여 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 구조를 보다 상세하게 설명한다.

제 1 안테나(2)와 제 2 안테나(3) 급전부에 연결되는 급전 커넥터(16, 17)는 차폐 함체 내부에 배치되어 제 1 안테나(2)와 제 2 안테나(3)에 각각 연결된다. 하지만 제 3 안테나(4), 제 4 안테나(5), 제 5 안테나(6) 및 제 6 안테나(7)의 경우, 각각의 급전 커넥터(18, 19, 20, 21)는 차폐 함체 내부가 아닌 각 안테나 소자의 내부에 배치된다. 여기서, 제 3 안테나(4)의 급전 커넥터(18)와 제 5 안테나(6)의 급전 커넥터(20)는 서로 반대 방향으로 배치되어 있으며, 제 4 안테나(5)의 급전 커넥터(19)와 제 6 안테나(7)의 급전 커넥터(21) 또한 서로 반대 방향으로 배치되어 있음을 알 수 있다. 이렇게 각 급전 커넥터가 서로 반대 방향으로 배치되면, 급전 커넥터에 포함된 내심(13, 14, 15, 16) 또한 서로 반대 방향으로 배치된다.

본 발명의 실시예에서, 각 급전 커넥터(18, 19, 20, 21)의 내심(13, 14, 15, 16)의 방향은 매우 중요하다. 왜냐하면, 각 급전 커넥터(18, 19, 20, 21)의 내심(13, 14, 15, 16)의 방향, 그리고 전력합 소자 또는 전력차 소자를 이용하여, 송신 안테나에서 피시험체를 거치지 않고 곧바로 수신 안테나로 수신되는 신호들을 상쇄시킴으로써 격리도를 증가시킬 수 있기 때문이다.

예를 들어, 제 1 안테나(2) 또는 제 2 안테나(3)를 송신 안테나로 활용하는 경우, 피시험체를 향해 송신된 신호가 피시험체에 도달하지 않은 채로 그대로 수신 안테나인 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6)로 수신될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6)는 제 1 안테나(2) 또는 제 2 안테나(3)로부터 떨어진 거리가 일정하고, 서로 대칭적인 배치를 이루고 있기 때문에, 피시험체에 도달하지 않고 곧바로 수신되는 송신 신호는 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6)에 동일 진폭 및 동일 위상으로 전달될 것이다. 하지만 위에서 설명한 바와 같이, 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6)의 내심의 방향, 즉 급전 방향은 서로 반대 방향으로 놓이게 된다. 따라서 피시험체를 거치지 않고 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6)로 직접 수신된 신호를 제거하기 위해서, 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6)에 전력합소자(0도 하이브리드 결합기, 전력분배기, T연결자 등)를 연결함으로써 이러 한 신호들을 상쇄시킬 수 있게 된다. 제 4 안테나(5)와 제 6 안테나(7)가 수신 안테나로 이용되는 경우에도 마찬가지의 원리가 적용될 것이다.

이렇게 송신 안테나에서 피시험체를 거치지 않고 곧바로 수신 안테나로 전달되는 신호를 상쇄시킴으로써 안테나의 송수신 격리도를 증가시킬 수 있다. 본 발명의 실시예와 같은 안테나를 이용할 경우, 시중에서 사용되고 있는 전력합 소자로도 약 30dB 이상 격리도 증가를 기대할 수 있다. 또한 위상, 진폭, 그룹속도를 조절하여 구현되는 간섭제거 회로와 같은 기술을 활용하는 경우, 일반 연속파 측정 기준으로 40dB 이상의 격리도 증가도 기대할 수 있다.

지금까지는 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6), 그리고 제 4 안테나(5)와 제 6 안테나(7)의 급전 방향이 서로 반대 방향일 때, 전력합 소자를 이용하여 안테나 격리도를 증가시키는 방법에 대하여 설명하였다. 하지만, 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6), 그리고 제 4 안테나(5)와 제 6 안테나(7)의 급전 방향을 동일하게 배치하고, 각 안테나에 전력차 소자(180도 하이브리드 결합기, 전력분배기+위상지연기, T연결자+위상지연기 등)를 연결하는 경우에도 동일한 결과를 기대할 수 있을 것이다. (미도시)

안테나 지지대부(8, 9)에는 안테나 소자부(1 내지 7, 10)를 지지할 목적으로 제작되는 안테나 지지대(8)가 포함된다. 여기서, 안테나 지지대(8)는 도 1에 나타난 바와 같이 차폐 함체(1)의 중심에 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 제 1 안테나(2) 또는 제 2 안테나(3)에서 송신한 신호가 피시험체를 거치지 않고 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6), 또는 제 4 안테나(5)와 제 6 안테나(7)에 도달할 때 각 안테나에 도달하는 신호의 진폭과 위상이 동일해지기 때문이다. 따라서 안테나 소자부 지지대(8)는 대칭성이 유지되도록 설치되어야 한다. 복사파를 대칭적으로 유지하는 것은 격리도 향상에서 매우 중요한 역할을 하게 된다.

급전 커넥터(18, 19, 20, 21)에 연결되는 동축케이블은 외부에 노출되지 않도록 안테나소자 내부를 거쳐 차폐 함체(1)의 내부로 배치되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 차폐 함체(1)와 안테나 지지대(8)가 연결되는 부분에 구멍(10)을 설치하여, 동축케이블들이 구멍을 통해 안테나 받침대(9) 밑으로 나올 수 있도록 하였다. 이러한 구조는 케이블에 의한 산란으로 인해 격리도가 저하되는 문제점을 근본적으로 해결하기 위함이다.

바닥에 설치되는 안테나 받침대(9)는 안테나 소자부(1 내지 7, 10)와 안테나 지지대(8)가 지상에서 설 수 있도록 만든 것이다. 안테나 받침대(9)의 형태 역시 대칭성을 갖는 것이 바람직하다. 안테나 받침대(9)가 대칭 구조를 지닐 경우, 바닥에 의해 반사되는 산란파 또한 대칭적으로 반사되어 수신될 수 있기 때문이다. 특히 안테나 지지대(8)의 크기가 작을 경우, 접지에 의해 발생되는 산란파가 격리도에 영향을 미칠 수 있기 때문에 안테나 받침대(9)는 대칭적인 구조를 지니는 것이 바람직하다. 예를 들어, 안테나 받침대(9)의 형태는 정사각형 이외에도 직사각형, 원통형으로 이루어질 수도 있다. 안테나 지지대(8)의 단면은 정사각형 파이프모양 이외에도 원통형 파이프 모양으로 제작되어도 무방하다.

제 1 안테나(2) 내지 제 6 안테나(7)의 급전부와 연결되는 급전 커넥터(16, 17, 18, 19, 20, 21)는 모두 차폐 함체(1) 내부에서 동축케이블로 연결이 가능하도 록 되어 있다. 도 2 내지 도 6에 나타난 바와 같이, 제 1 안테나(2) 및 제 2 안테나(3)의 급전 커넥터(16, 17)는 차폐 함체(1) 내부에 위치하므로, 급전 커넥터(16, 17)와 연결되는 동축케이블 또한 차폐 함체(1) 내부에 배치될 것이다. 그리고 제 3 안테나(4)는 우측 안테나소자(4a)에, 제 4 안테나(5)는 하단 안테나소자(5a)에 각각 개구를 설치하여 동축케이블이 차폐 함체(1) 내부로 배치될 수 있도록 하였다. 또한 제 5 안테나(6)는 우측 안테나소자(6a)에, 제 6 안테나(7)는 상단 안테나소자(7a)에 각각 개구를 설치하여 동축케이블이 차폐 함체(1) 내부로 배치될 수 있도록 하였다.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에서 사용될 수 있는 전력차 소자 중 하나인 180도 하이브리드 결합기를 나타내며, 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에서 사용될 수 있는 전력합 소자 중 하나인 0도 하이브리드 결합기를 나타낸다.

만약 도 8의 단자 2에 제 3 안테나(4)의 급전 커넥터(18)가, 단자 3에 제 5 안테나(6)의 급전 커넥터(20)가 각각, 서로 길이가 동일한 동축케이블을 통하여 연결되어 있다고 가정한다. 이 때, 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6)에는 각각 피시험체를 거치지 않고 송신 안테나로부터 곧바로 전달된 신호들이 수신될 것이다. 앞에서 언급한 바와 같이, 이 신호들은 서로 진폭이 동일하고, 반대 방향의 위상을 유지한다. 따라서 단자 2와 단자 3을 통해 입력된 이들 신호는 전력합 소자를 거치면서 서로 상쇄된 상태로 단자 4로 출력될 것이고, 이로 인해 격리도가 증가되는 효과를 얻을 수가 있다. 이는 단자 2에 제 4 안테나(5)의 급전 커넥터(19)가, 단자 3에 제 6 안테나(7)의 급전 커넥터(21)가 각각 연결되어 있는 경우에도 동일할 것 이다. 송신 안테나에서 송신된 신호가 연속파인 경우, 시중에서 제공되는 전력합 소자를 이용하면 30dB 이상의 격리도를 얻을 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6), 또는 제 4 안테나(5)와 제 6 안테나(7)의 급전 방향이 서로 동일하게 배치된 경우에는 도 8의 전력합 소자 대신 도 7의 전력차 소자를 이용하면 동일한 결과를 얻을 수 있을 것이다.

도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 안테나의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.

도 9에 나타난 바와 같이, 차폐 함체 외부에 "ㅁ"자 모양의 금속으로 이루어진 함체 칸막(11)을 보강 설치할 수 있다. 함체 칸막(11)을 보강하는 경우, 제 1 안테나(2) 혹은 제 2 안테나(3)에 의해 제 3 안테나(4), 제 4 안테나(5), 제 5 안테나(6) 및 제 6 안테나(7)로 직접 전달되는 송신 신호의 세기를 보다 감소시킬 수가 있다.

도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 S 파라미터 특성을 나타내는 그래프이다.

도 10은 본 발명의 제 1 실시예의 안테나 중 차폐 함체의 크기가 30cm×30cm이고, 안테나의 크기는 910MHz인 RFID 사용 주파수 대역에 맞추어 설계한 안테나의 S 파라미터 특성을 나타내고 있다. 도 10에서, S22와 S33 파라미터는 사용주파수 대역인 910MHz 대역에서 -10dB 이하를 유지하고 있어, 공진이 발생하고 있음을 볼 수가 있다. 또한 S42와 S62 파라미터는 약-33dB 이하를, S43과 S63 파라미터는 약 -40dB이하를 유지하고 있다. 그리고 S53과 S73 파라미터는 약 -40dB 이하를, S52와 S72 파라미터는 -57dB이하를 유지하고 있음을 알 수 있다

도 10에서 나타난 S 파라미터 결과를 통해, 피시험체를 거치지 않고 송신 안테나로부터 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6)에 각각 전달되는 송신 신호는 진폭이 같고 서로 도달 거리가 같으므로 동위상임을 알 수 있다. 이는 피시험체를 거치지 않고 송신 안테나로부터 제 4 안테나(5)와 제 6 안테나(7)에 각각 전달되는 송신 신호 또한 마찬가지일 것이다. 앞서 설명한 것과 같이, 제 3 안테나(4)와 제 5 안테나(6)의 급전 방향을 반대로 하고 전력합 소자를 이용할 때는 최소 -63dB 이하의 S 파라미터 특성을 얻을 수 있다. 또한, 제 4 안테나(5)와 제 6 안테나(7)의 급전 방향을 반대로 하고 전력합 소자를 이용할 때는 -70dB이하의 S파라미터 특성을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

도 11은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 1 안테나에 의한 수직 편파 성분의 E 플레인(E plane, φ = 90도) 전기장 패턴을 나타낸다. 또한 도 12는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 1 안테나에 의한 수직 편파 성분의 H 플레인(H plane, θ = 90도) 전기장 패턴을 나타낸다.

도 11에서, φ = 90도일 때의 이득은 φ = 30도일 때에 비해 다소 떨어지나, 약 ±12도의 3dB 대역폭을 유지하고 있음을 알 수 있다. 도 12는 H 플레인 (θ = 90도)의 전기장 패턴을 나타내고 있으며, 준 전방향성 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 도 11 및 도 12를 통해, 제 1 안테나(2)를 급전하는 경우, 즉 수직 편파의 복사전자파를 조성하고자 할 때, 피시험체의 위치가 φ 방향에 의해 제한을 받 는다는 점을 확인할 수 있다.

도 13은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 2 안테나에 의한 수평 편파 성분의 E 플레인(E plane, φ = 90도) 전기장 패턴을 나타낸다. 또한 도 14는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 2 안테나에 의한 수평 편파 성분의 H 플레인(H plane, θ = 90도) 전기장 패턴을 나타낸다.

도 13에서, φ = 90도일 때 준 전방향성 특성이 나타남을 볼 수 있다. 도 14는 H 플레인 (θ = 90도) 전기장 패턴을 나타내고 있으며, 이득이 θ = 40도 방향에 비해 다소 떨어지나, θ = 90도를 중심으로 약 ±10도의 3dB 대역폭을 유지하고 있음을 볼 수가 있다. 도 13 및 도 14를 통해, 제 2 안테나(3)를 급전하는 경우, 즉 수평 편파의 복사전자파를 조성하고자 할 때, 피시험체의 위치가 θ 방향에 의해 제한을 받는다는 것을 알 수 있다.

도 11 내지 도 14를 통하여, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나를 이용해 피시험체의 안테나 이득을 측정하고자 하는 경우, 피시험체는 80도≤θ≤100도, 78도≤φ≤102도에 위치해야 한다는 것을 알 수 있다. 패턴의 구조가 대칭성을 유지하고 있으므로 상기와 같은 동일한 분석을 실시하면, 반대 방향으로 260도≤θ≤280도, 258도≤φ≤282도에도 동일한 특성을 갖는 균일한 복사전자파가 조성되고 있음을 알 수 있다. 따라서 피시험체가 상기 균일한 복사전자파가 수직과 수평 편파 모두 조성되는 영역에 위치할 때, 가장 효율적인 안테나 이득 측정이 이루어질 것이다.

도 15는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 3 안테나에 의한 수평 편파 성분의 E 플레인(E plane, φ = 90도) 전기장 패턴을 나타낸다. 또한 도 16은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 3 안테나에 의한 수평 편파 성분의 H 플레인(H plane, θ = 90도) 전기장 패턴을 나타낸다.

도 15에서, φ = 90도일 때, 이득이 최대값을 나타내고 있으며, 약 ±20도의 3dB 대역폭을 유지하고 있음을 알 수 있다. 도 16에서는 θ = 90도일 때 이득이 최대값을 나타내며, 약 ±23도의 3dB 대역폭을 유지하고 있다. 도 15 및 도 16을 통하여, 제 3 안테나(4)를 급전하는 경우, 즉 수평편파의 복사전자파를 수신하고자 할 때에는, 피시험체의 위치가 φ, θ방향 모두에 의해 제한을 받는다는 점을 확인할 수 있다.

도 17은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 4 안테나에 의한 수직 편파 성분의 E 플레인(E plane, φ = 90도) 전기장 패턴을 나타낸다. 또한 도 18은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 3 안테나에 의한 수직 편파 성분의 H 플레인(H plane, θ = 90도) 전기장 패턴을 나타낸다.

도 17에서는 φ = 90도일 때, 이득이 최대값을 나타내고 있으며, 약 ±25도의 3dB 대역폭을 유지하고 있음을 알 수 있다. 도 18에서는 θ = 90도일 때 이득이 최대값을 나타내고 있으며, 약 ±20도의 3dB 대역폭을 유지하고 있다. 도 17 및 도 18을 통하여, 제 4 안테나(5)를 급전하는 경우, 즉 수직 편파의 복사전자파를 수신하고자 할 때에는, 피시험체의 위치가 φ, θ방향 모두에 의해 제한을 받는다는 점을 확인할 수 있다.

도 15 내지 도 18을 통하여, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나를 이용해 피시험체의 안테나 이득을 측정하고자 하는 경우, 피시험체는 70도≤θ≤110도, 70도≤φ≤100도에 위치해야 한다는 것을 알 수 있다. 패턴의 구조가 대칭성을 유지하고 있으므로 상기와 같은 동일한 분석을 실시하면, 반대 방향으로 250도≤θ≤290도, 250도≤φ≤290도에도 동일한 특성을 갖는 균일한 복사전자파가 조성되고 있음을 알 수 있다. 따라서 피시험체가 상기 균일한 복사전자파가 수직과 수평 편파 모두 조성되는 영역에 위치할 때, 가장 효율적인 안테나 이득 측정이 이루어질 것이다.

도 11 내지 도 18에 나타난 결과를 통해, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나를 이용하여 안테나 이득을 측정하고자 할 때 가장 효율적인 결과를 얻을 수 있는 피시험체의 위치를 결정할 수 있다. 즉, 효율적인 안테나 이득 측정을 위해서는 송수신이 모두 균일한 지역에 피시험체가 위치해야 하므로, 피시험체는 위에서 얻은 각 영역의 공통 영역인 260도≤θ≤280도, 258도≤φ≤282도에 위치하는 것이 바람직하다.

도 19는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 안테나의 정단면도를 나타내고 있다. 도 19에 나타난 안테나는 수신 안테나(1908, 1910)를 송신 안테나(1904, 1906)로부터 가장 먼 곳에 위치하도록 배치함으로써, 차폐 함체(1902)의 크기를 최소화 할 수 있도록 한다.

도 20은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 안테나의 정단면도를 나타내고 있다. 도 20에서는 도 1에 나타난 안테나와 비교할 때, 수신 안테나(2008, 2010)의 위치가 서로 바뀌어 있음을 확인할 수 있다. 이처럼 수신 안테나의 위치가 서로 바뀌어 도 본 발명의 제 1 실시예에서 나타난 것과 유사한 특성을 얻을 수가 있다. 차폐 함체(2002)의 경우, 얇은 원통형으로 제작하여도 대칭성이 유지되므로 동일한 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 안테나에서, 제 1 안테나(2), 제 2 안테나(3)인 모노폴 안테나, 제 3 안테나(4), 제 4 안테나(5), 제 5 안테나(6) 및 제 6 안테나(7)인 다이폴안테나 소자의 길이는 가변 소자로 구성됨으로써 그 길이를 조절할 수 있도록 할 수 있다. 이러한 가변 길이 소자를 통해 안테나가 공진 주파수를 조절할 수 있도록 제작된다면, 고정된 길이를 갖는 안테나보다도 보다 넓은 대역의 주파수에 대한 시험 지원이 가능하다.

또한 본 명세서에서는 편의상 제 1 안테나(2)와 제 2 안테나(3)는 모노폴 안테나, 제 3 안테나(4), 제 4 안테나(5), 제 5 안테나(6) 및 제 6 안테나(7)는 다이폴 안테나인 경우를 통해 설명하였으나, 이는 반드시 그래야만 하는 것은 아니다. 즉, 제 1 안테나(2) 내지 제 6 안테나(7)는 대칭성이 유지되는 범위 내에서 어떠한 안테나로 배치되어도 무방하다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 의한 안테나, 즉 폴라리매틱 안테나의 경우, 복사 전자파 내성장치 분야에서 수직 및 수평 편파의 복사전자파를 발생하는 기술 지원이 가능하다. 뿐만 아니라, 무선기기의 복사전자파 내성 기술 분야에 응용하는 경우, 하나의 안테나로 복사전자파 발생은 물론 피시험체인 무선기기와 공중망(기지국)을 링크하는 기능을 갖출 수 있기 때문에 활용도가 매우 높다. 특히 무선기기 전자파내성 기술 분야에 활용하는 경우, 기존에는 송신된 신호가 곧바로 링크용 안테나에 감응이 되어 별도의 필터 설치가 필요하였으나, 본 발명에 의하면 이러한 필터 설치가 필요치 않기 때문에 경제적인 측면에서도 유리한 장점을 지닌다. 이 외에도 본 발명의 실시예에 의한 안테나는 무선기기의 동일채널 간섭 평가기술에서도 활용도가 매우 높다. 왜냐하면 감응신호와 링크신호의 주파수가 동일한 경우, 감응신호에 의한 순수 링크신호 분리가 어려우나, 본 발명을 활용하는 경우 그러한 문제점이 해결 가능하기 때문이다.

본 발명에 의한 폴라리메틱 안테나의 경우, 송수신간의 격리도가 60dB이상 증가되기 때문에 RCS 개념의 안테나 성능 측정용 안테나로 활용이 가능하다. 폴라리매틱 안테나 기술은 측정용 안테나 이외에도 동일채널 중계기에도 활용이 가능하고, 여러 개의 송신 및 수신안테나가 설치되어야 하고 송수신 간의 격리도가 높아야 하는 MIMO안테나 기술로도 활용 가능하다. 특히 본 발명에 의한 폴라리매틱 안테나기술은 MIMO용 중계기로 활용이 가능한 소형 안테나 기술로서 이용될 수 있다.

지금까지 설명한 본 발명에 의하면, 하나의 안테나를 통하여 수직 편파를 송신하고, 피시험체로부터 산란되어 돌아오는 수직 편파와 수평 편파를 동시에 분리 수신하며, 또한 동일한 안테나로 수평 편파를 송신하고, 피시험체로부터 산란되어 돌아오는 수직 편파와 수평 편파를 동시에 분리 수신할 수 있는 안테나 기술을 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 수직 편파 및 수평 편파의 송신과 피시험체로부터 산란되어 돌아오는 수직 편파 및 수평 편파의 동시 분리 수신이 가능한 안테나에 있어서, 피시험체를 거치지 않고 곧바로 수신되는 송신 신호를 상쇄시킴으로써 기존의 측정 방법에 비해 보다 높은 격리도를 얻을 수 있는 안테나 기술을 제공할 수 있는 장점이 있다.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 구조를 설명하기 위한 사시도.

도 2는 도 1에 나타난 안테나의 안테나 소자부를 보다 상세하게 설명하기 위한 사시도.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 정단면도.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 후단면도.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 측단면도.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 평단면도.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에서 사용될 수 있는 전력차 소자 중 하나인 180도 하이브리드 결합기.

도 8은 본 발명의 제 1 실시예에서 사용될 수 있는 전력합 소자 중 하나인 0도 하이브리드 결합기.

도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 안테나의 구조를 설명하기 위한 사시도

도 10은 본 발명의 실시예에 의한 안테나의 S 파라미터 특성을 나타내는 그래프.

도 11은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 1 안테나에 의한 수직 편파 성분의 E 플레인(E plane, φ = 90도) 전기장 패턴.

도 12는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 1 안테나에 의한 수직 편파 성분의 H 플레인(H plane, θ = 90도) 전기장 패턴.

도 13은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 2 안테나에 의한 수평 편파 성분의 E 플레인(E plane, φ = 90도) 전기장 패턴.

도 14는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 2 안테나에 의한 수평 편파 성분의 H 플레인(H plane, θ = 90도) 전기장 패턴.

도 15는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 3 안테나에 의한 수평 편파 성분의 E 플레인(E plane, φ = 90도) 전기장 패턴.

도 16은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 3 안테나에 의한 수평 편파 성분의 H 플레인(H plane, θ = 90도) 전기장 패턴.

도 17은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 4 안테나에 의한 수직 편파 성분의 E 플레인(E plane, φ = 90도) 전기장 패턴.

도 18은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 안테나의 제 3 안테나에 의한 수직 편파 성분의 H 플레인(H plane, θ = 90도) 전기장 패턴.

도 19는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 안테나의 정단면도.

도 20는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 안테나의 정단면도.

Claims (8)

1. 서로 수직으로 배치된 제 1 안테나와 제 2 안테나;

   상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나가 이루는 평면을 중심으로 서로 대칭되고, 상기 제 1 안테나와 수직인 방향으로 배치된 제 3 안테나와 제 5 안테나; 및

   상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나가 이루는 평면을 중심으로 서로 대칭되고, 상기 제 1 안테나와 수평인 방향으로 배치된 제 4 안테나와 제 6 안테나를

   포함하는 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   제 3 안테나 및 제 5 안테나와 연결되는 전력합 소자를 더 포함하고,

   상기 제 3 안테나와 상기 제 5 안테나의 급전 커넥터의 내심은 서로 반대 방향으로 배치되는 안테나.
3. 제 1 항에 있어서,

   제 3 안테나 및 제 5 안테나와 연결되는 전력차 소자를 더 포함하고,

   상기 제 3 안테나와 상기 제 5 안테나의 급전 커넥터의 내심은 서로 동일한 방향으로 배치되는 안테나.
4. 제 1 항에 있어서,

   제 4 안테나 및 제 6 안테나와 연결되는 전력합 소자를 더 포함하고,

   상기 제 4 안테나와 상기 제 6 안테나의 급전 커넥터의 내심은 서로 반대 방향으로 배치되는 안테나.
5. 제 1 항에 있어서,

   제 4 안테나 및 제 6 안테나와 연결되는 전력차 소자를 더 포함하고,

   상기 제 4 안테나와 상기 제 6 안테나의 급전 커넥터의 내심은 서로 동일한 방향으로 배치되는 안테나.
6. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 안테나 내지 상기 제 6 안테나가 배치될 수 있는 차폐 함체를 더 포함하고,

   상기 전력합 소자는 상기 차폐 함체 내부에 배치되는 안테나.
7. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서,

   상기 제 1 안테나 내지 상기 제 6 안테나가 배치될 수 있는 차폐 함체를 더 포함하고,

   상기 전력차 소자는 상기 차폐 함체 내부에 배치되는 안테나.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 안테나 내지 상기 제 6 안테나는

   길이 가변 소자로 이루어지는 안테나.

Images