KR101434525B1 - 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수개의 PIFA 안테나로 전송라인에 격자형으로 설치시켜, 급전간의 위상변화에 따라 선형 편파 또는 원형편파로 구현되고 빔 방향을 용이하게 변경할 수 있는 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체에 대한 것이다.
본 발명은 다수개의 PIFA 안테나로 구성되되, 상기 PIFA 안테나는 전송라인에 격자형으로 설치되며, 급전간의 위상변화에 따라 선형 편파 또는 원형편파로 구현이 되고 빔 방향을 용이하게 변경할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체{Antenna having 4 PIFA antenna}
본 발명은 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수개의 PIFA 안테나로 전송라인에 격자형으로 설치시켜, 급전간의 위상변화에 따라 선형 편파 또는 원형편파로 구현되고 빔 방향을 용이하게 변경할 수 있는 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체에 관한 것이다.
일반적으로 안테나는 위성으로부터 양질의 서비스를 수신하기 위해서는 양질의 원형편파 특성, 넓은 빔폭, 높은 F/B비(front-back ratio), 그라운드 및 단말기의 위치 및 형태에 따른 성능 변화의 최소화 등 많은 요구 조건을 만족해야 한다.이러한 조건들을 비교적 잘 만족시켜 많이 사용되는 위성 수신용 안테나는 쿼드리필러 나선형 안테나(quadrifilar helix antenna, QHA)가 있다. 쿼드리필러 나선형 안테나는 C.C. Kilgus에 의해 IEEE "ResonantQuadrifilar Helix", vol. AP-17, May, 1969, pp. 349~351에 처음으로 소개되었다.
종래 기술의 쿼드리필러 나선형 안테나는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 방사소자를 원형(circular) 실린더 형태로 구현하였다. 그리고 방사소자를 지지하고 QHA를 소형화하기 위해 원형 유전체 실린더(dielectric loaded circular cylinder)나 속이 빈 원형 유전체 실린더(dielectric loaded hollow circular cylinder)가 사용되었다.
한편 RFID(Radio Frequency Identification)는 각종 물품에 소형 칩을 부착해 사물의 정보와 주변 환경정보를 무선주파수로 전송 및 처리하는 비접촉식 인식시스템이다. 1980년대부터 등장한 이 시스템은 DSRC(dedicated short range communication: 전용 근거리 통신) 또는 무선식별시스템이라고도 한다.
판독 및 해독기능이 있는 판독기와 고유 정보를 내장한 RFID 태그(RFID tag), 운용 소프트웨어, 네트워크 등으로 구성된 전파식별 시스템은 사물에 부착된 얇은 평면 형태의 태그를 식별함으로써 정보를 처리한다.
RFID 태그는 반도체로 제작된 트랜스폰더 칩과 안테나로 구성되며, 수동식과 능동식이 있다. 수동식이 내부 전원없이 판독기의 전파 신호로부터 에너지를 공급받아 동작하는 데 비해 능동식에는 스스로 작동하기 위해 RF 태그 전지가 내장되어 있다. 실리콘 반도체 칩을 사용하는 칩 태그와 LC소자, 플라스틱 또는 폴리머(polymer: 중합체) 소자로만 구성된 무칩 태그로 구분하기도 한다.
전파식별 기술은 바코드처럼 직접 접촉하거나 가시대역 안에서 스캐닝할 필요가 없다. 이 같은 장점 때문에 바코드를 대체할 기술로 평가 받으며, 활용범위도 확대되고 있다. 저주파 전파식별 시스템(30 kHz~500 kHz)은 1.8m 이하의 짧은 거리에서 사용되며, 고주파 시스템(850 MHz~950 MHz 또는 2.4 GHz~2.5 GHz)은 27m 이상의 먼 거리에서 전송이 가능하다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 다수개의 PIFA 안테나로 전송라인에 격자형으로 설치시켜, 급전간의 위상변화에 따라 선형편파 또는 원형편파로 구현되고 빔 방향을 용이하게 변경할 수 있는 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체는 다수개의 PIFA 안테나로 구성되되, 상기 PIFA 안테나는 전송라인에 격자형으로 설치되며, 급전간의 위상변화에 따라 선형 편파 또는 원형 편파로 구현되고 빔 방향을 용이하게 변경할 수 있다.
상기 PIFA 안테나의 λ/4과 λ/8 지점에서, 전송라인에 격자형으로 구현하여 각각의 방사체에서 방사가 이루어진다.
상기 PIFA 안테나는 전 방향으로 방사되어, 안테나 외부에 기구물이나 물체의 영향이 최소화된다.
본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체는 급전간의 위상변화에 따라 선형 편파 또는 원형편파로 구현되고 빔 방향을 용이하게 변경할 수 있다. 본 발명은 전 방향으로 방사되어, 안테나 외부에 기구물이나 물체의 영향이 최소화시킬 수 있다.
상기 PIFA 안테나의 구조는 소형화 및 광대역 구현이 가능한 방사체 구조체를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 평면도(top view)를 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 저면도(bottom view)를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 VSWR을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 S11(Log scale)을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 스미스챠트를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 각 주파수에 따른 방사 패턴을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 효율과 detecting range를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체는 단락핀과 급전핀이 상호간 대응하여 결합되는 것을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 전체 안테나 구조를 나타낸 도면이다.
도 11은 광대역 구현에 유리한 측면에 두 개의 임피던스 매칭 회로(impedance matching circuit)로 구현된 방사체의 구조1를 지닌 안테나를 나타낸 도면이다
도 12는 소형화 구현에 유리한 측면에 격자를 두고 윗면에 격자가 있는 방사체의 구조2를 지닌 안테나를 나타낸 도면이다.
도 13은 소형화 구현에 유리한 측면에 격자를 두고 윗면에 격자가 있는 방사체의 구조3를 지닌 안테나를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 평면도(top view)를 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 저면도(bottom view)를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체는 다수개의 PIFA 안테나로 구성되되, 상기 PIFA 안테나는 중앙에 지지홀(20)이 형성되고, 임피던스 정합라인(34)과 급전라인(32)이 추가로 이루어지며, 전송라인에 격자형으로 설치된다.
따라서 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체는 급전간의 위상변화에 따라 선형으로 구현이 되고 빔 방향을 용이하게 변경할 수 있다.
또한 상기 PIFA 안테나의 λ/4과 λ/8 지점에서, 전송라인에 격자형으로 구현하여 각각의 방사체(30)에서 방사가 이루어지게 한다.
즉 상기 PIFA 안테나는 방사체(30)에 의하여 전 방향으로 방사되어, 안테나 외부에 기구물이나 물체의 영향이 최소화된다.
도 9는 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체는 단락핀과 급전핀이 상호간 대응하여 결합되는 것을 나타낸 도면이다.
도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체는 하나의 급전라인(급전1)(32)을 통해 4개의 방사체에 동시에 전류를 공급하는 형태로 구현된다. 단락 핀(12)과 급전 핀(14)은 급전라인(32)과 방사체(30)의 임피던스 정합을 위해 임피던스 정합 스터브(impedance matching stub를 둔다. 입력된 급전부(급전1)에서 1차 급전 핀(급전1-1)과의 거리와 1차 급전 핀과 2차 급전 핀(급전1-2)과의 거리 그리고 나머지 급전 핀(급전 3, 급전4)과의 거리는 동일하다. 표 1은 급전부 간의 위상 차이를 나타내고 있다.
port1 port2 port3 port4 비고
이론적 근거 0 90 180 270
측정치 -78.61 -165.77 117.69 10.64
표 1은 급전부 간의 위상차이를 나타낸다. 표 1에서와 같이, 급전부 간의 위상은 원형편파로 구현이 된 것이다. 기존에 사용되는 원형편파 안테나는 원형편파를 구현하기 위하여 전력 분배기(power divider)와 커플러(branch line coupler)를 많이 사용한다. 그러나, 본 발명에서는 원형편파를 구현하기 위하여 단일급전을 통해 구현을 하였다. 단일급전으로 원형편파를 구현하면 전력 분배기와 커플러에 대한 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 전체 안테나 구조를 나타낸 도면이다.
방사체의 구조는 후술하는 도 11 내지 도 13에 설명하였다.
도 11은 광대역 구현에 유리한 측면에 두 개의 임피던스 매칭 회로(impedance matching circuit)로 구현된 방사체의 구조1를 지닌 안테나를 나타낸 도면이다
도 12는 소형화 구현에 유리한 측면에 격자를 두고 윗면에 격자가 있는 방사체의 구조2를 지닌 안테나를 나타낸 도면이다.
도 13은 소형화 구현에 유리한 측면에 격자를 두고 윗면에 격자가 있는 방사체의 구조3를 지닌 안테나를 나타낸 도면이다.
또한 도 9에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체는 단락핀(12)과 급전핀(14)이 상호간 대응하여 결합되며, 여기에 한정되는 것은 아니다.
또한 급전라인은 50ohm임이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 특성을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 Frequency Range, V.S.W.R, Peak Gain Average Gain, Antenna Efficiency, Input Impedance, Polarization, Cable 타입 등으로 그 특징을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 VSWR을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 S11(Log scale)을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 스미스챠트를 보여주는 도면이다.
그리고 도 4 내지 도 6에서 보는 바와 같이 상기 VSWR과 S11과 스미스 차트를 보면 급전간의 위상변화에 따라 선형으로 구현이 되고 빔 방향을 용이하게 변경할 수 있고, 전 방형으로 방사되어, 안테나 외부에 기구물이나 물체의 영향이 최소화시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 각 주파수에 따른 방사 패턴을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체의 효율과 detecting range를 보여주는 도면이다.
또한, 도 7에서 보는 바와 같이, Radiation Pattern(917 MHz), Radiation Pattern(920 MHz), Radiation Pattern(923 MHz)을 보면, 전체적인 방사 패턴을 알 수 있다.
또한, 도 8에서 보는 바와 같이 Efficiency를 보면, 상술한 917 MHz, 920 MHz, 923 MHz에서 각각 54%, 62%, 63%가 나타남을 알 수 있다.
또한, Detecting Range는 방향에 따라 50mm에서20mm로 변화함을 알 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등물로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
12 : 단락핀
14 : 급전핀
20 : 중앙 지지홀
30 : 방사체
32 : 급전라인
34 : 임피던스 정합라인

Claims (4)

  1. 다수개의 PIFA 안테나;로 구성되되,
    상기 PIFA 안테나는 전송라인에 격자형으로 설치되며, 급전간의 위상변화에 따라 선형 편파 또는 원형편파로 구현되고 빔 방향을 용이하게 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PIFA 안테나의 λ/4과 λ/8 지점에서, 전송라인에 격자형으로 구현하여 각각의 방사체에서 방사가 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 PIFA 안테나는,
    4개의 평판형 역 에프 안테나로 전송라인에 격자형으로 설치되고, 급전간의 위상변화에 따라 상기 선형 편파 또는 상기 원형편파로 구현되며 빔 방향을 용이하게 변경할 수 있으며, 전 방향으로 방사되는 것을 특징으로 하는 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 안테나 구조체.
  4. 삭제
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