KR102165727B1 - 지향성 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 지향성 안테나에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나는, 무선으로 전송되는 전송신호를 송수신하는 다이폴(dipole) 안테나 소자를 포함하는 안테나부; 상기 안테나부에서 송수신되는 전송신호를 반사하여, 상기 전송신호에 기 설정된 방향의 지향성을 부여하는 반사부(reflector); 및 상기 안테나부에 급전(feeding)을 제공하는 급전부를 포함하는 것으로서, 상기 다이폴 안테나 소자는 서로 대칭되는 2개의 도선을 포함하고, 상기 도선들의 길이는 각각 상기 안테나부의 중심 주파수에 대응하는 파장의 1/4일 수 있다.

Description

지향성 안테나 {Directional antenna}
본 출원은 특정한 방향으로 집중하여 전송신호를 방사함으로써, 높은 방사이득을 얻을 수 있는 지향성 안테나에 관한 것이다.
통신기기가 발달함에 따라, 차량의 내외부에 다양한 종류의 무선신호를 송수신하기 위한 복수개의 안테나가 설치되고 있는 추세이다.
여기서, 다양한 종류의 무선신호에는 차량이 구비된 위치기반시스템을 활용하기 위한 GPS(Global Positioning System) 신호, FM 및 AM 라디오 신호, 차량 내에서 디지털 방송을 시청하기 위한 DMB(Digital Multimedia Broadcast) 신호, 텔레매틱스 통신을 위한 TMU(Telematics Management Unit) 신호, XM 위성 라디오 신호 및 시리우스(Sirius) 신호, DAB(Digital Audio Broadcating) 신호 등이 포함될 수 있다.
다만, 차량 내부의 대쉬보드에 박스형으로 장착되는 형태의 내장형 안테나의 경우, 일반적으로 모노폴(monopole) 안테나 또는 역 에프 안테나(Inverted F antenna)로 구현되며, 이들 안테나는 방사 형태가 무지향성(omni-directional)을 띄게 된다. 이 경우, 차량에 포함되는 금속 차체의 영향 등으로 인하여, 내장형 안테나가 방사하는 무선신호 중에서 차량 외부로 빠져나가는 양은 극히 일부로 제한될 수 있다. 특히, 전송신호의 주파수가 높아질수록, 금속 차체에 의한 영향은 더욱 커지게 되므로, 차체 밖으로 빠져나가는 무선신호의 양은 더욱 줄어들게 된다. 즉, 고주파수의 무선신호를 이용하는 V2X(Vehicle to Everything) 통신 등의 경우에는, 내장형 안테나에서의 수신감도가 매우 나빠져 무선통신이 원활하게 이루어지지 않는 등의 문제가 발생하게 된다.
본 출원은, 특정한 방향으로 집중하여 전송신호를 방사함으로써, 높은 방사이득을 얻을 수 있는 지향성 안테나를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나는, 무선으로 전송되는 전송신호를 송수신하는 다이폴(dipole) 안테나 소자를 포함하는 안테나부; 상기 안테나부에서 송수신되는 전송신호를 반사하여, 상기 전송신호에 기 설정된 방향의 지향성을 부여하는 반사부(reflector); 및 상기 안테나부에 급전(feeding)을 제공하는 급전부를 포함할 수 있다. 여기서 상기 다이폴 안테나 소자는, 서로 대칭되는 2개의 도선을 포함하고, 상기 도선들의 길이는 각각 상기 안테나부의 중심 주파수에 대응하는 파장의 1/4일 수 있다.
여기서 상기 반사부는, 제1 도체 평면; 제2 도체 평면; 및 상기 제1 도체 평면과 제2 도체 평면이 기 설정된 결합각도로 결합하는 결합부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 안테나부는, 기 설정된 지정위치에 상기 다이폴 안테나 소자를 구비하는 것으로서, 상기 지정위치는 상기 결합부로부터 기 설정된 이격거리만큼 이격되고, 상기 제1 도체 평면까지의 거리와 상기 제2 도체 평면까지의 거리가 동일한 위치일 수 있다.
여기서 상기 반사부는, 상기 결합부에서 상기 지정위치를 연결하는 가상선의 진행방향으로 상기 전송신호의 지향성을 부여할 수 있다.
여기서 상기 반사부는, 상기 안테나부가 송수신하는 전송신호를 반사하여, 상기 전송신호가 상기 결합각도의 범위 내에서 상기 지향성을 가지도록 방사할 수 있다.
여기서 상기 급전부는, 상기 결합부로부터 상기 지정위치까지 연장되며, 일단에 상기 다이폴 안테나 소자를 결합하여 상기 다이폴 안테나 소자의 위치를 상기 지정위치에 고정하는 도선일 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나는, 상기 결합부와 상기 지정위치를 연결한 가상선이 수평선과 이루는 각도가 -10~30도일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 안테나부는 상기 반사부를 기준으로 서로 대칭하는 위치에 구비되는 제1 안테나소자 및 제2 안테나소자를 포함할 수 있다.
여기서 상기 반사부는, 상기 제1 안테나소자가 전송하는 제1 전송신호를 반사하여 제1 전송신호가 제1 방향으로 지향성을 가지도록 하는 제1 반사판; 및 상기 제2 안테나 소자가 전송하는 제2 전송신호를 반사하여 제2 전송신호가 제2 방향으로 지향성을 가지도록 하는 제2 반사판을 포함할 수 있다.
여기서 상기 급전부는, 상기 제1 반사판에서 연장되어 상기 제1 안테나소자를 지지하고, 상기 제1 안테나소자에 급전을 제공하는 제1 급전라인; 및 상기 제2 반사판에서 연장되어 상기 제2 안테나소자를 지지하고, 상기 제2 안테나소자에 급전을 제공하는 제2 급전라인을 포함할 수 있다.
여기서 상기 급전부는, 상기 제1 안테나 소자 및 제2 안테나 소자에 대한 임피던스 정합을 수행하는 λ/4 변환부(Quarter-wave transformer)를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 λ/4 변환부는, 상기 제1 안테나 소자와 제1 급전라인 사이를 연결하는 도선으로, 상기 도선의 길이는 상기 제1 안테나 소자의 중심 주파수에 대응하는 파장의 1/4이고, 상기 도선의 너비는 상기 제1 안테나 소자의 특성 임피던스(Characteristic Impedance)와 상기 제1 급전라인의 특성 임피던스에 따라 설정되는 제1 변환부; 및 상기 제2 안테나 소자와 제2 급전라인 사이를 연결하는 도선으로, 상기 도선의 길이는 상기 제2 안테나 소자의 중심 주파수에 대응하는 파장의 1/4이고, 상기 도선의 너비는 상기 제2 안테나 소자의 특성 임피던스와 상기 제2 급전라인의 특성 임피던스에 따라 설정되는 제2 변환부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 λ/4 변환부는, 상기 제1 안테나 소자와 제1 급전라인 사이를 연결하는 다단의 도선으로, 상기 도선의 각 단의 길이는 상기 제1 안테나 소자의 중심 주파수에 대응하는 파장의 1/4이고, 상기 도선의 각 단의 너비는 상기 제1 안테나 소자의 특성 임피던스(Characteristic Impedance)와 상기 제1 급전라인의 특성 임피던스에 따라 설정되는 제1 변환부; 및 상기 제2 안테나 소자와 제2 급전라인 사이를 연결하는 다단의 도선으로, 상기 도선의 각 단의 길이는 상기 제2 안테나 소자의 중심 주파수에 대응하는 파장의 1/4이고, 상기 도선의 각 단의 너비는 상기 제2 안테나 소자의 특성 임피던스와 상기 제2 급전라인의 특성 임피던스에 따라 설정되는 제2 변환부를 포함하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 지향성 안테나는, 2개의 도체 평면이 기 설정된 결합각도로 결합되는 반사판; 상기 도체 평면의 결합에 의하여 생성된 접선으로부터 기 설정된 이격거리만큼 이격되고, 상기 2개의 도체 평면 각각에 대한 거리가 동일한 위치에 구비되는 다이폴 안테나(dipole antenna) 소자; 및 일단에 상기 다이폴 안테나 소자가 결합되는 도선으로, 상기 반사판에서부터 연장되어 상기 다이폴 안테나 소자의 위치를 고정하고, 상기 안테나 소자에 급전을 제공하는 급전부를 포함할 수 있다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나는 특정한 방향으로 집중하여 전송신호를 방사할 수 있으므로, 금속 차체 등을 포함하는 차량의 내장형 안테나로 사용되는 경우에도, 원활하게 무선통신을 수행할 수 있으며, 높은 방사이득을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나에 의하면, 저가의 금속 반사판 등을 활용하여 안테나가 방사하는 전송신호에 지향성을 부여하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 복수개의 지향성 안테나를 활용하여, 차량 등의 무선통신에 적합한 무지향성 방사를 만족시키는 것이 가능하다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나를 나타내는 개략도이다.
도2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 지향성 안테나를 나타내는 개략도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나의 전송신호 방사 방향을 나타내는 개략도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 λ/4 변환부를 나타내는 개략도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나가 구비된 차량에 대한 전송신호의 입사각을 나타내는 개략도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나를 포함하는 차량의 전송신호 방사를 나타내는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나를 나타내는 개략도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나(100)는 안테나부(10), 반사부(20) 및 급전부(30)를 포함할 수 있다.
이하, 도1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나를 설명한다.
안테나부(10)는 무선으로 전송되는 전송신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 여기서, 안테나부(10)가 송신 또는 수신하는 전송신호에는 AM, FM 라디오 신호, 3G 신호, LTE(Long Term Evolution) 신호, V2X(Vehicle to Everything) 신호 등 다양하게 있을 수 있으나, 본 실시예에서는 5.8GHz 대역의 V2X 신호를 수신하는 경우를 예를들어 설명한다.
구체적으로, 안테나부(10)는 도1에 도시한 바와 같이, 다이폴 안테나(dipole antenna) 소자일 수 있으며, 다이폴 안테나는 서로 대칭하는 2개의 도선(10a, 10b)을 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 도선들의 길이는 λ/4로, λ는 안테나부(10)의 동작 주파수 대역 중에서 중심 주파수에 해당하는 파장의 길이에 해당한다. 따라서, 5.8GHz의 V2X 신호를 수신하는 다이폴 안테나의 경우에는, 중심 주파수가 5.8GHz이므로 λ = c/f = (3*10^8)/(5.8*10^9) = 51.7mm이고, λ/4 = 51.7/4 = 12.93mm = 1.29cm이다. 즉, 다이폴 안테나 소자에 포함되는 2개의 도선(10a, 10b)은 각각 1.29cm의 길이를 가지도록 설계될 수 있다. 여기서, c는 빛의 속도, f는 중심주파수를 나타낸다.
다이폴 안테나 소자의 경우, 일반적으로 무지향성(omni-directional)의 특성을 가지므로, 다이폴 안테나 소자는 3차원 공간 내에서 모든 방향으로 균일하게 전송신호를 방사할 수 있다. 그러나, 다이폴 안테나 소자를 차량의 내장형 안테나로 사용하는 경우, 차량에 포함되는 금속 차체의 영향으로 인하여 차체 외부로 빠져나가는 전송신호의 양은 극히 일부로 제한될 수 있다. 특히, 다이폴 안테나 소자에서 송수신하는 전송신호의 주파수가 높아질수록, 금속 차체에 의한 영향은 더욱 커지므로, 차체 밖으로 빠져나가는 전송신호의 양은 더욱 줄어들게 된다. 따라서, 고주파수의 전송신호를 이용하는 5.8GHz 대역의 V2X 신호의 경우, 차량의 내장형 안테나에서의 수신감도가 매우 나빠지는 등의 문제가 발생할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나의 경우에는, 다이폴 안테나 소자가 지향성을 가질 수 있으므로, 상술한 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 지향성을 가지는 다이폴 안테나 소자는 특정한 방향으로 전송신호를 집중하여 전송할 수 있으며, 이 경우 특정한 방향을 통하여 차체 밖으로 빠져나가는 전송신호의 양은 증가하게 된다. 따라서, 특정 방향에 대하여는 높은 방사이득을 얻을 수 있으며, 이를 통하여 금속 차체 등의 영향에 불구하고 다이폴 안테나 소자의 수신감도를 향상시키는 것이 가능하다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나는, 반사부(20)를 포함하여, 상기 안테나부(10)에서 송신 또는 수신되는 전송신호를 반사시킬 수 있으며, 이를 통하여 상기 전송신호에 기 설정된 방향의 지향성을 부여할 수 있다. 여기서, 반사부(20)는, 도1에 도시한 바와 같이, 제1 도체 평면(20a), 제2 도체 평면(20b)을 포함할 수 있으며, 제1 도체 평면(20a)과 제2 도체 평면(20b)이 기 설정된 결합각도로 결합하는 결합부(20c)가 포함될 수 있다. 안테나부(10)에서 방사된 전송신호는 제1 도체 평면(20a) 또는 제2 도체 평면(20b)의 표면에서 반사될 수 있으며, 반사된 전송신호는 스넬의 법칙(Snell’s law) 등에 의하여 상기 제1 도체 평면과(20a)과 제2 도체 평면(20b) 사이의 결합각도 범위 내에서 일정한 지향성을 가지면서 방사될 수 있다.
여기서, 전송신호가 가지는 지향성의 방향은 안테나부(10)와 반사부(20) 사이의 물리적인 배치와 형상 등에 의하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 안테나부(10)는 반사부(20)에 대하여 기 설정된 지정위치에 구비될 수 있으며, 상기 지정위치는 반사부(20)의 결합부(20c)로부터 기 설정된 이격거리(d)만큼 이격되고, 제1 도체 평면(20a)까지의 거리와 제2 도체 평면(20b)까지의 거리가 동일한 위치일 수 있다. 여기서, 5.8GHz의 V2X 신호의 경우에는 이격거리(d)가 5cm로 설정될 수 있으며, 제1 도체 평면(20a)과 제2 도체 평면(20b)의 가로길이는 19.3cm, 제1 도체 평면(20a)과 제2 도체 평면(20b) 사이의 최대 높이는 25.8cm, 결합각도(x)는 60도일 수 있다. 이 경우, 반사부(20)는 안테나부(10)가 송수신하는 전송신호를 반사하여, 전송신호가 결합각도(x)의 범위 내에서 지향성을 가지도록 방사할 수 있으며, 특히 결합부(20c)와 지정위치를 연결하는 가상선의 진행방향으로 전송신호의 지향성을 부여할 수 있다.
급전부(30)는 안테나부(10)에 급전(feeding)을 제공할 수 있다. 즉, 급전부(30)를 통하여 안테나부(10)로 입력된 신호는 무선의 전송신호로 변환되어 외부로 송신될 수 있으며, 안테나부(10)를 통하여 입력된 외부의 전송신호는 급전부(30)를 통하여 상기 지향성 안테나(100)가 장착된 시스템으로 입력될 수 있다. 여기서 급전부(30)는, 도1에 도시한 바와 같이, 반사부(20)의 결합부(20c)로부터 지정위치까지 연장되는 도선일 수 있으며, 일단에 안테나부(10)가 결합되어, 안테나부(10)를 기 설정된 지정위치에 고정시키는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나가 방사하는 전송신호의 이득을 측정하면, 도3과 같은 그래프를 얻을 수 있다. 여기서, 도3은 반사부(20)의 결합부(20c)가 중심에 위치하고, 안테나부(10)가 90도의 방향을 향할 때 얻을 수 있는 전송신호의 이득을 표시한 것이다. 도3을 참조하면, 지향성 안테나는 다양한 방향으로 전송신호를 방사할 수 있으나, 특히 60~120도 범위에서 가장 높은 이득으로 전송신호를 방사함을 확인할 수 있다. 이는 반사부(20) 등에 의하여 설정된 지향성의 방향과 일치하는 것으로서, 도3을 통하여 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나가 지향성을 가짐을 확인할 수 있다.
한편, 도2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 지향성 안테나는, 안테나부(10)에 복수개의 안테나소자(11, 12)를 포함하고, 반사부(20)에 복수개의 반사판(21, 22)을 포함하며, 급전부(30)에 복수개의 급전라인(31, 32)를 포함할 수 있다.
이하, 도2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 지향성 안테나를 설명한다.
도2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 지향성 안테나는, 복수개의 안테나 소자(11, 12)를 포함할 수 있다. 즉, 안테나부(10)는 반사부(20)를 기준으로 서로 대칭하는 위치에 구비되는 제1 안테나 소자(11) 및 제2 안테나 소자(12)를 포함할 수 있다. 제1 안테나 소자(11) 및 제2 안테나 소자(12)는 각각 다이폴 안테나 소자일 수 있으며, 5.8GHz의 V2X 신호를 수신하는 경우에는 각각 1.29cm의 길이를 가지는 2개의 도선들을 포함할 수 있다.
반사부(20)에는, 도2에 도시한 바와 같이, 제1 반사판(21) 및 제2 반사판(22)이 포함될 수 있으며, 제1 반사판(21)과 제2 반사판(22)은 도출된 결합부가 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 여기서 제1 반사판(21)은 제1 안테나소자(11)가 전송하는 제1 전송신호를 반사할 수 있으며, 제1 전송신호가 제1 방향으로 지향성을 가지도록 할 수 있다. 여기서, 제1 방향은 제1 반사판(21)의 결합부에서 제1 안테나 소자(11)로의 진행방향일 수 있다. 또한, 제2 반사판(22)은 제2 안테나소자(12)가 전송하는 제2 전송신호를 반사할 수 있으며, 제2 전송신호가 제2 방향으로 지향성을 가지도록 할 수 있다. 여기서 제2 방향은 제2 반사판(22)의 결합부에서 제2 안테나 소자(12)로의 진행방향일 수 있으며, 제1 방향과 제2 방향은 서로 대칭되는 반대방향일 수 있다.
급전부(30)에는 도2에 도시한 바와 같이, 제1 급전라인(31)과 제2 급전라인(32)이 포함될 수 있으며, 제1 급전라인(31)은 제1 안테나소자(11)에 연결되어 제1 안테나소자(11)에 급전을 제공하고, 제2 급전라인(32)은 제2 안테나 소자(12)에 연결되어 제2 안테나 소자(12)에 급전을 제공할 수 있다. 여기서, 제1 급전라인(31)은 제1 반사판(21)에서 연장되어 상기 제1 안테나소자(11)를 지지할 수 있으며, 제1 안테나소자(11)를 제1 반사판(21)에 대하여 기 설정된 지정위치에 위치하도록 고정시킬 수 있다. 마찬가지로, 제2 급전라인(32)은 제2 반사판(22)에서 연장되어 상기 제2 안테나소자(12)를 지지할 수 있으며, 제2 안테나 소자(12)가 제2 반사판(22)에 대하여 설정된 지정위치에 위치하도록 고정시킬 수 있다.
여기서, 도2에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 의한 지향성 안테나는, 도1의 지향성 안테나를 2개 구비한 것으로서, 2개의 지향성 안테나(100a, 100b)가 서로 반대방향을 향하도록 구비한 것일 수 있다.
한편, 급전부(30)에는, 도4에 도시한 바와 같이, λ/4 변환부(33)가 더 포함될 수 있다. λ/4 변환부(33)는 제1 안테나 소자(11) 및 제2 안테나 소자(12)에 대한 임피던스 정합을 수행하여, 제1 안테나 소자(11)와 제2 안테나소자(12)에 동일한 급전을 제공하고, 제1 안테나 소자(11)와 제2 안테나소자(12)에 동일한 위상을 가지는 전송신호를 송수신하도록 할 수 있다.
λ/4 변환부(33)에는, 제1 변환부(33a) 및 제2 변환부(33b)가 포함될 수 있다. 제1 변환부(33a)는, 제1 안테나소자(11)와 제1 급전라인(31) 사이에 연결되는 연결되는 도선일 수 있으며, 상기 도선의 길이는 제1 안테나소자(11)의 중심 주파수에 해당하는 파장의 1/4이고, 상기 도선의 너비는 제1 안테나 소자(11)의 특성 임피던스(characteristic impedance)와 제1 급전라인(31)의 특성 임피던스에 따라 설정될 수 있다. 여기서,
Figure 112015061361300-pat00001
를 이용하여 제1 변환부(33a)의 특성 임피던스를 계산할 수 있으며, 상기 계산된 특성 임피던스에 따라 상기 도선의 너비를 결정할 수 있다. 여기서, Zt1는 제1 변환부(33a)의 특성 임피던스, Z11은 제1 안테나소자(11)의 특성 임피던스, Z12는 제1 급전라인(31)의 특성임피던스에 해당한다.
마찬가지로, 제2 변환부(33b)는, 제2 안테나소자(12)와 제2 급전라인(32)과 연결되는 도선일 수 있으며, 상기 도선의 길이는 제2 안테나 소자(12)의 중심 주파수에 해당하는 파장의 1/4이고, 상기 도선의 너비는 제2 안테나 소자(12)의 특성 임피던스와 제2 급전라인(32)의 특성 임피던스에 설정될 수 있다. 동일한 방법으로
Figure 112015061361300-pat00002
를 이용하여 제2 변환부(33b)의 특성 임피던스를 계산할 수 있으며, 상기 계산된 특성 임피던스에 따라 상기 도선의 너비를 결정할 수 있다. 여기서, Zt2는 제2 변환부(33b)의 특성 임피던스, Z21은 제2 안테나소자(12)의 특성 임피던스, Z22는 제2 급전라인(32)의 특성임피던스에 해당한다.
여기서, λ/4 변환부(33)는 도4에 도시한 바와 같이, 각각의 제1 변환부(33a) 및 제2 변환부(33b)를 다단으로 구현하는 것도 가능하다. 즉, 제1 변환부(33a) 및 제2 변환부(33b)를 다단변환기(multisection transformer)로 구현할 수 있으며, 이때 각 단들은 λ/4의 길이를 가질 수 있으며 각 단들의 너비는 각각의 안테나 소자(11, 12)의 특성 임피던스와 제1 급전라인 및 제2 급전라인(31, 32)의 특성 임피던스에 따라 설정될 수 있다.
추가적으로, 도5에 도시한 바와 같이, 차량(c) 내에 입사되는 전송신호들은 0~20도의 각도범위에서 강하게 입사될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나를 설치하는 경우에는, 차량(c)에 입사되는 전송신호의 각도범위인 0~20도를 고려하여 배치각도를 설정할 수 있다. 여기서, 배치각도는 반사부(20)에 포함된 결합부(20c)와 안테나부(10)가 위치하는 지정위치를 연결한 가상선이 수평선과 이루는 각도일 수 있다. 그러므로, 상기 배치각도를 조절하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나가 가지는 지향성의 범위 내에 상기 0~20도의 각도 범위를 포함시킬 수 있으며, 이 경우 지향성 안테나에 대한 수신감도를 향상시킬 수 있다. 예를들어, 결합부(20c)와 지정위치를 연결한 가상선이 수평선과 이루는 각도를 -10~30도의 범위로 설정하여, 0~20도의 각도 범위 내에 상기 지향성 안테나의 지향성의 범위가 포함되도록 할 수 있다.
한편, 도6(a)에 도시한 바와 같이, 종래에는 금속 차체 등의 영향에 의하여 차량(c)의 내장형 안테나가 방사하는 전송신호가 차체 밖으로 전송되기 어려웠다. 그러나, 도6(b)와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 지향성 안테나를 사용하는 경우에는, 상대적으로 많은 전송신호가 차량(c)의 외부로 전송될 수 있으므로, V2X 신호 등 고주파수의 전송신호도 차량용 내장 안테나를 통하여 송수신하는 것이 가능하다.
여기서, 도6(b)는 차량(c)의 전방과 후방으로 지향성을 가지는 2개의 지향성 안테나를 포함하는 경우를 나타낸 것으로서, 이와 같이, 지향성 안테나들을 결합하면 차량(c)의 주변에 대하여 무지향성 방사가 이루어지도록 하는 것도 가능하다. 실시예에 따라서는, 2개 이상의 지향성 안테나를 결합하여 다양한 방향으로 전송신호를 방사하는 것도 가능하다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
10: 안테나부 11: 제1 안테나 소자
12: 제2 안테나 소자 20: 반사부
21: 제1 반사판 22: 제2 반사판
30: 급전부 31: 제1 급전라인
32: 제2 급전라인 33: λ/4 변환부

Claims (14)

  1. 무선으로 전송되는 전송신호를 송수신하는 다이폴(dipole) 안테나 소자를 포함하는 안테나부;
    상기 안테나부에서 송수신되는 전송신호를 반사하여, 상기 전송신호에 기 설정된 방향의 지향성을 부여하는 반사부(reflector); 및
    상기 안테나부에 급전(feeding)을 제공하는 급전부를 포함하는 것으로서,
    상기 다이폴 안테나 소자는
    서로 대칭되는 2개의 도선을 포함하고, 상기 도선들의 길이는 각각 상기 안테나부의 중심 주파수에 대응하는 파장의 1/4이고,
    상기 반사부는
    제1 도체 평면;
    제2 도체 평면; 및
    상기 제1 도체 평면과 제2 도체 평면이 기 설정된 결합각도로 결합하는 결합부를 포함하는 지향성 안테나.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 안테나부는
    기 설정된 지정위치에 상기 다이폴 안테나 소자를 구비하는 것으로서, 상기 지정위치는 상기 결합부로부터 기 설정된 이격거리만큼 이격되고, 상기 제1 도체 평면까지의 거리와 상기 제2 도체 평면까지의 거리가 동일한 위치인 지향성 안테나.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반사부는
    상기 결합부에서 상기 지정위치를 연결하는 가상선의 진행방향으로 상기 전송신호의 지향성을 부여하는 지향성 안테나.
  5. 제4항에 있어서, 상기 반사부는
    상기 안테나부가 송수신하는 전송신호를 반사하여, 상기 전송신호가 상기 결합각도의 범위 내에서 상기 지향성을 가지도록 방사하는 지향성 안테나.
  6. 제3항에 있어서, 상기 급전부는
    상기 결합부로부터 상기 지정위치까지 연장되며, 일단에 상기 다이폴 안테나 소자를 결합하여 상기 다이폴 안테나 소자의 위치를 상기 지정위치에 고정하는 도선인 지향성 안테나.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 결합부와 상기 지정위치를 연결한 가상선이 수평선과 이루는 각도는 -10~30도인 지향성 안테나.
  8. 제1항에 있어서, 상기 안테나부는
    상기 반사부를 기준으로 서로 대칭하는 위치에 구비되는 제1 안테나소자 및 제2 안테나소자를 포함하는 지향성 안테나.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반사부는
    상기 제1 안테나소자가 전송하는 제1 전송신호를 반사하여 제1 전송신호가 제1 방향으로 지향성을 가지도록 하는 제1 반사판; 및
    상기 제2 안테나 소자가 전송하는 제2 전송신호를 반사하여 제2 전송신호가 제2 방향으로 지향성을 가지도록 하는 제2 반사판을 포함하는 지향성 안테나.
  10. 제9항에 있어서, 상기 급전부는
    상기 제1 반사판에서 연장되어 상기 제1 안테나소자를 지지하고, 상기 제1 안테나소자에 급전을 제공하는 제1 급전라인; 및
    상기 제2 반사판에서 연장되어 상기 제2 안테나소자를 지지하고, 상기 제2 안테나소자에 급전을 제공하는 제2 급전라인을 포함하는 지향성 안테나.
  11. 제10항에 있어서, 상기 급전부는
    상기 제1 안테나 소자 및 제2 안테나 소자에 대한 임피던스 정합을 수행하는 λ/4 변환부(Quarter-wave transformer)를 더 포함하는 지향성 안테나.
  12. 제11항에 있어서, 상기 λ/4 변환부는
    상기 제1 안테나 소자와 제1 급전라인 사이를 연결하는 도선으로, 상기 도선의 길이는 상기 제1 안테나 소자의 중심 주파수에 대응하는 파장의 1/4이고, 상기 도선의 너비는 상기 제1 안테나 소자의 특성 임피던스(Characteristic Impedance)와 상기 제1 급전라인의 특성 임피던스에 따라 설정되는 제1 변환부; 및
    상기 제2 안테나 소자와 제2 급전라인 사이를 연결하는 도선으로, 상기 도선의 길이는 상기 제2 안테나 소자의 중심 주파수에 대응하는 파장의 1/4이고, 상기 도선의 너비는 상기 제2 안테나 소자의 특성 임피던스와 상기 제2 급전라인의 특성 임피던스에 따라 설정되는 제2 변환부를 포함하는 지향성 안테나.
  13. 제11항에 있어서, 상기 λ/4 변환부는
    상기 제1 안테나 소자와 제1 급전라인 사이를 연결하는 다단의 도선으로, 상기 도선의 각 단의 길이는 상기 제1 안테나 소자의 중심 주파수에 대응하는 파장의 1/4이고, 상기 도선의 각 단의 너비는 상기 제1 안테나 소자의 특성 임피던스(Characteristic Impedance)와 상기 제1 급전라인의 특성 임피던스에 따라 설정되는 제1 변환부; 및
    상기 제2 안테나 소자와 제2 급전라인 사이를 연결하는 다단의 도선으로, 상기 도선의 각 단의 길이는 상기 제2 안테나 소자의 중심 주파수에 대응하는 파장의 1/4이고, 상기 도선의 각 단의 너비는 상기 제2 안테나 소자의 특성 임피던스와 상기 제2 급전라인의 특성 임피던스에 따라 설정되는 제2 변환부를 포함하는 지향성 안테나.
  14. 2개의 도체 평면이 기 설정된 결합각도로 결합되는 반사판;
    상기 도체 평면의 결합에 의하여 생성된 접선으로부터 기 설정된 이격거리만큼 이격되고, 상기 2개의 도체 평면 각각에 대한 거리가 동일한 위치에 구비되는 다이폴 안테나(dipole antenna) 소자; 및
    일단에 상기 다이폴 안테나 소자가 결합되는 도선으로, 상기 반사판에서부터 연장되어 상기 다이폴 안테나 소자의 위치를 고정하고, 상기 안테나 소자에 급전을 제공하는 급전부를 포함하는 지향성 안테나.
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