KR101698030B1

KR101698030B1 - 안테나

Info

Publication number: KR101698030B1
Application number: KR1020150138484A
Authority: KR
Inventors: 김동진
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2015-10-01
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2035-10-01
Also published as: US10236587B2; US20170098892A1

Abstract

일 측면에 따른 안테나는 서로 직교하는 제1 및 제2 편파를 방사하는 방사부; 및 상기 방사부에 상기 제1 및 제2 편파를 공급하는 공급부를 포함하고, 상기 공급부는 상기 제1 편파가 통과하는 제1 슬롯과 상기 제2 편파가 통과하는 제2 슬롯이 교차되어 형성되고 상기 제1 및 제2 편파를 상기 방사부로 공급하는 복수의 십자형 커플링 홀; 상기 제1 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀로 안내하는 제1 편파 웨이브 가이드; 및 상기 제2 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀로 안내하는 제2 편파 웨이브 가이드를 포함하고, 상기 제1 편파가 상기 제1 편파 웨이브 가이드 내에서 상기 복수의 십자형 커플링 홀 각각까지 이동하는 거리는 동일하고, 상기 제2 편파가 상기 제2 편파 웨이브 가이드 내에서 상기 복수의 상기 복수의 십자형 커플링 홀 각각까지 이동하는 거리는 동일할 수 있다.

Description

안테나{ANTENNA}

개시된 발명은 안테나에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 이중 편파를 이용하는 안테나에 관한 발명이다.

일반적으로 차량은 화석 연료, 전기 등을 동력원으로 하여 도로 또는 선로를 주행하는 운송 장치를 의미한다.

최근 차량은 단순히 물자와 인력을 운송하는 것을 넘어서서 운전자가 운전 중에 음악을 듣고 영상을 볼 수 있도록 오디오 장치와 비디오 장치를 포함하는 것이 일반적이며, 운전자가 목적하는 장소까지의 경로를 표시하는 내비게이션(Navigation) 장치 역시 널리 설치되고 있다.

최근에는 차량이 외부 장치와 통신할 필요성이 점점 증가하고 있다. 예를 들어, 목적지까지의 경로를 안내하는 내비게이션 기능의 경우, 최적의 경로를 검색하기 위하여 도로의 교통상황에 관한 정보가 요구된다. 이러한 교통상황인 시시때때로 변화하므로 차량은 교통상황에 관한 정보를 실시간으로 획득할 필요가 있다.

또한, 운전자의 안전을 확보하고 운전자의 편의를 위하여 전방 충돌 경보 시스템(Forward Collision Warning System, FCWS), 자동 긴급 제동 시스템(Autonomous Emergency Braking, AEB) 등의 개발이 활발하다. 이러한, 전방 충돌 경보 시스템 및 자동 긴급 제동 시스템은 레이더에 의하여 검출된 전방 차량의 위치 정보를 기초로 전방 차량의 충돌 여부, 충돌 예상 시간 등을 산출할 수 있다.

외부 차량과의 통신 장치 및 전방 충돌 경보를 위한 레이더 장치는 전파를 송수신하는 안테나를 포함한다.

현재 출시되는 차량용 안테나 기술은 패치 어레이 안테나에 국한된다. 이는 경량이면서 박형으로 안테나의 구현이 가능하기 때문이다. 그러나, 패치 어레이 안테나는 유전체 기판을 사용함으로 인한 유전체 손실이 발생하며, 유전체 손실로 인하여 안테나의 성능이 크게 저하된다. 특히, 수십 GHz 이상의 고주파수를 이용하는 5세대 통신 또는 레이더에서는 패치 안테나의 효율이 30%에 미치지 못한다. 또한, 패치 어레이 안테나는 직렬 방식의 급전 구조를 사용하므로, 극히 좁은 주파수 대역 특성을 보이게 된다.

이에, 개시된 발명의 일 측면은 밀리미터 웨이브 대역에서 손실이 매우 적고 높은 지향성을 갖는 안테나를 제공하고자 한다.

또한, 개시된 발명의 다른 일 측면은 제공 가능한 데이터 전송률(data rate)을 향상시킬 수 있는 안테나를 제공하고자 한다.

일 측면에 따른 안테나는 서로 직교하는 제1 및 제2 편파를 방사하는 방사부; 및 상기 방사부에 상기 제1 및 제2 편파를 공급하는 공급부를 포함하고, 상기 공급부는 상기 제1 편파가 통과하는 제1 슬롯과 상기 제2 편파가 통과하는 제2 슬롯이 교차되어 형성되고 상기 제1 및 제2 편파를 상기 방사부로 공급하는 복수의 십자형 커플링 홀; 상기 제1 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀로 안내하는 제1 편파 웨이브 가이드; 및 상기 제2 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀로 안내하는 제2 편파 웨이브 가이드를 포함하고, 상기 제1 편파 웨이브 가이드에 상기 제1 편파를 공급하는 제1 편파 공급 슬롯으로부터 상기 복수의 십자형 커플링 홀 각각 사이의 거리는 동일하고, 상기 제2 편파 웨이브 가이드에 상기 제2 편파를 공급하는 제2 편파 공급 슬롯으로부터 상기 복수의 상기 복수의 십자형 커플링 홀 각각 사이의 거리는 동일할 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 제1 편파 웨이브 가이드와 상기 제2 편파 웨이브 가이드는 서로 다른 층으로 형성될 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 제2 편파 웨이브 가이드는 상기 제2 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀에 공급하는 복수의 제2 편파 공급 웨이브 가이드; 및 상기 제2 편파를 상기 복수의 제2 편파 공급 웨이브 가이드에 분배하는 제2 편파 분배 웨이브 가이드를 포함할 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 제2 편파 공급 웨이브 가이드와 상기 제2 편파 분배 웨이브 가이드는 서로 다른 층으로 형성될 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 제2 편파 공급 웨이브 가이드는 상기 제1 편파 웨이브 가이드의 말단에 대응되는 위치에 마련될 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 제2 편파 공급 웨이브 가이드의 말단은 상기 제1 편파 웨이브 가이드의 말단으로부터 상기 제1 및 제2 편파의 파장의 1/4만큼 더 연장되어 형성될 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 제2 편파 공급 웨이브 가이드와 상기 제1 편파 웨이브 가이드의 폭은 상기 제1 및 제2 편파의 파장의 1/2이고, 상기 제2 편파 공급 웨이브 가이드와 상기 제1 편파 웨이브 가이드가 서로 중첩되는 폭은 상기 제1 및 제2 편파의 파장의 3/4일 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 제1 편파 웨이브 가이드의 복수의 말단에는 상기 제1 편파를 상기 복수의 제2 편파 공급 웨이브 가이드에 통과하여 상기 복수의 십자형 커플링 홀에 공급하는 제1 커플링 슬롯이 형성될 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 복수의 제2 편파 공급 웨이브 가이드의 말단에는 상기 제1 편파 및 상기 제2 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀로 공급하는 십자형 커플링 슬롯이 형성될 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 방사부는 상기 제1 및 제2 편파를 방사하는 복수의 십자형 방사 슬롯이 형성된 복수의 방사 캐비티를 포함할 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 복수의 방사 캐비티는 각각 상기 복수의 십자형 커플링 홀에 대응되어 마련될 수 있다.

다른 일 측면에 따른 안테나는 서로 직교하는 제1 및 제2 편파를 방사하는 방사부; 및 상기 방사부에 제1 및 제2 편파를 공급하는 공급부를 포함하고, 상기 방사부는 상기 제1 및 제2 편파를 방사하는 복수의 십자형 방사 슬롯이 각각 형성된 복수의 방사 캐비티를 포함할 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 방사 캐비티에는 4개의 십자형 방사 슬롯이 형성될 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 공급부는 상기 제1 편파가 통과하는 제1 슬롯과 상기 제2 편파가 통과하는 제2 슬롯이 교차되어 형성되고 상기 제1 및 제2 편파를 상기 방사부로 공급하는 복수의 십자형 커플링 홀; 상기 제1 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀로 안내하는 제1 편파 웨이브 가이드; 및 상기 제2 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀로 안내하는 제2 편파 웨이브 가이드를 포함할 수 있다.

다른 일 측면에 따른 안테나는 복수의 금속 층을 포함하는 안테나에 있어서, 제1 및 제2 편파를 방사하는 방사 층; 및 상기 방사 층에 상기 제1 및 제2 편파를 공급하는 공급 층을 포함하고, 상기 방사 층은 상기 제1 및 제2 편파를 방사하는 복수의 십자형 방사 슬롯이 형성된 제1 방사 층; 상기 복수의 십자형 방사 슬롯에 대응되는 위치에 마련되는 방사 캐비티가 형성된 제2 방사 층; 및 상기 방사 캐비티에 상기 제1 및 제2 편파를 공급하는 십자형 커플링 슬롯이 형성된 제3 방사 층을 포함할 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 공급 층은 상기 제1 편파를 상기 십자형 커플링 슬롯으로 안내하는 제1 편파 웨이브 가이드가 형성되는 제1 편파 공급 층; 및 상기 제2 편파를 상기 십자형 커플링 슬롯으로 안내하는 제2 편파 웨이브 가이드가 형성되는 제2 편파 공급 층을 포함할 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 제2 편파 공급 층은 상기 제2 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀에 공급하는 제2 편파 공급 웨이브 가이드가 형성되는 제3 편파 공급 층; 및 상기 제2 편파를 상기 제2 편파 공급 웨이브 가이드에 분배하는 제2 편파 분배 웨이브 가이드가 형성되는 제4 편파 공급 층을 포함할 수 있다.

다른 일 측면에 따른 안테나는 서로 직교하는 복수의 편파를 방사하는 방사부; 및 상기 방사부에 상기 복수의 편파를 공급하는 공급부를 포함하고, 상기 공급부는 상기 복수의 편파를 상기 방사부로 공급하는 복수의 커플링 홀; 및 상기 복수의 편파 각각을 상기 복수의 커플링 홀로 안내하는 복수의 편파 웨이브 가이드를 포함하고, 상기 복수의 편파 웨이브 가이드 각각에 편파를 공급하는 편파 공급 슬롯으로부터 상기 복수의 커플링 홀 각각까지의 거리는 동일할 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 복수의 편파 웨이브 가이드 각각은 서로 다른 층으로 형성될 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 방사부는 상기 복수의 편파를 방사하는 복수의 십자형 방사 슬롯이 형성된 복수의 방사 캐비티를 포함할 수 있다.

실시 형태에 따라 상기 복수의 방사 캐비티는 각각 상기 복수의 커플링 홀에 대응되어 마련될 수 있다.

개시된 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 안테나에서 유전체를 배제함으로써 밀리미터 웨이브 대역에서 손실이 매우 적고 안테나를 제공할 수 있다.

또한, 개시된 발명의 다른 일 측면에 따르면, 본 발명은 안테나에 복수의 방사 슬롯을 형성함으로써 높은 지향성을 갖는 안테나를 제공하고자 할 수 있다.

또한, 개시된 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 본 발명은 십자형의 슬롯을 이용함으로써, 수직 편파와 수평 편파를 동시에 이용할 수 있는 이중 편파 안테나를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 수직 편파와 수평 편파를 동시에 이용함으로써 제공 가능한 데이터 전송률을 향상시킬 수 있다.

또한, 개시된 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 본 발명은 수직 편파의 웨이브 가이드와 수평 편파의 웨이브 가이드가 서로 어긋나도록 배치함으로써 수직 편파와 수평 편파 사이의 간섭이 최소화되는 안테나를 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 의한 차량의 차체를 도시한다.
도 2은 일 실시예에 의한 차량에 포함된 전자 장치를 도시한다.
도 3는 일 실시예에 의한 차량에 포함된 레이더 장치의 구성을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 의한 차량에 포함된 무선 통신 장치의 구성을 도시한다.
도 5는 일 실시예에 의한 안테나를 도시한다.
도 6 내지 도 14 각각은 일 실시예에 의한 안테나에 포함된 제1 플레이트 내지 제9 플레이트를 도시한다.
도 15는 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 웨이브 가이드의 일부를 도시한다.
도 16은 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 웨이브 가이드의 자기장과 전기장을 도시한다.
도 17은 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 x축 편파 웨이브 가이드의 x축 편파를 도시한다.
도 18은 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 제1 y축 편파 웨이브 가이드의 y축 편파를 도시한다.
도 19은 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 제2 y축 편파 웨이브 가이드의 y축 편파를 도시한다.
도 20은 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 x축 편파 웨이브 가이드의 x축 편파와 제2 y축 편파 웨이브 가이드의 y축 편파를 도시한다.
도 21 내지 도 23는 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 방사 캐비티의 x축 편파 및 y축 편파를 도시한다.
도 24는 일 실시예에 의한 안테나의 S-파라미터(s-parameter)를 도시한다.
도 25는 일 실시예에 의한 안테나의 이득(gain)을 도시한다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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 않는다.

또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 본 명세서 전체에서 사용되는 "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어를 의미할 수 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 개시된 발명의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 일 실시예에 의한 차량의 차체를 도시하고, 도 2은 일 실시예에 의한 차량에 포함된 전자 장치를 도시한다.

차량(1)은 외관을 형성하는 차체(10), 차량(1)을 이동시키는 차륜(20), 차륜(20)을 회전시키는 회전력을 생성하는 동력 생성 장치(power system) (미도시), 동력 생성 장치(미도시)에서 생성된 회전력을 차륜(20)으로 변속 전달하는 동력 전달 장치(power train) (미도시), 차량(1)의 이동 방향을 제어하는 조향 장치(steering system) (미도시), 차륜(20)의 회전을 정지시키는 제동 장치(brake system) (미도시), 차량(1)의 진동을 감쇄시키는 현가 장치(suspension system) (미도시), 차량(1)에 포함된 각각의 구성을 전기적으로 제어하는 전자 장치(100)를 포함할 수 있다.

차체(10)는 후드(hood) (11), 프런트 범퍼(front bumper) (12), 루프 패널(roof panel) (13), 도어(door) (14), 트렁크 리드(trunk lid) (15), 라디에이터 그릴(radiator grille) (16) 등을 포함할 수 있다.

동력 생성 장치는 엔진, 연료 장치, 냉각 장치, 배기 장치, 점화 장치 등을 포함할 수 있으며, 동력 전달 장치는 클러치, 변속기, 차동 장치, 구동축 등을 포함할 수 있다.

조향 장치는 조향 휠, 조향 기어, 조향 링크 등을 포함할 수 있으며, 제동 장치는 브레이크 디스크, 브레이크 패드, 마스터 실린더 등을 포함할 수 있고, 현가 장치는 쇼크 업소버(shock absorber) 등을 포함할 수 있다.

차량(1)은 이상에서 설명한 기계 장치와 함께 다양한 전자 장치(100)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 차량(1)은 AVN (Audio/Video/Navigation) 장치(110), 입출력 제어 시스템(120), 엔진 제어 시스템(Engine Management System, EMS) (130), 변속 제어 시스템(Transmission Management System: TMS) (140), 제동 제어 장치(brake-by-wire) (150), 조향 제어 장치(steering-by-wire) (160), 운전 보조 시스템(Driver Assistance system, DAS) (170), 무선 통신 장치(180) 등을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 전자 장치(100)는 차량(1)에 포함된 전자 장치의 일부에 불과하며 차량(1)에는 더욱 다양한 전자 장치가 마련될 수 있다. 또한, 차량(1)은 도 2에 도시된 전자 장치(100)를 반드시 모두 포함하는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 전자 장치는 생략될 수 있다.

차량(1) 포함된 각종 전자 장치(100)는 차량용 통신 네트워크(NT)를 통하여 서로 통신할 수 있다. 차량용 통신 네트워크(NT)는 최대 24.5Mbps(Mega-bits per second)의 통신 속도를 갖는 모스트(MOST, Media Oriented Systems Transport), 최대 10Mbpas의 통신 속도를 갖는 플렉스레이(FlexRay), 125kbps(kilo-bits per second) 내지 1Mbps의 통신 속도를 갖는 캔(CAN, Controller Area Network), 20kbps의 통신 속도를 갖는 린(LIN, Local Interconnect Network) 등의 통신 규약을 채용할 수 있다. 이와 같은 차량용 통신 네트워크(NT)는 모스트, 플레스레이, 캔, 린 등 단일의 통신 규약을 채용할 수 있을 뿐만 아니라, 복수의 통신 규약을 채용할 수도 있다.

AVN 장치(110)는 운전자의 제어 명령에 따라 음악 또는 영상을 출력하는 장치이다. 구체적으로, AVN 장치(110)는 운전자의 제어 명령에 따라 음악 또는 동영상을 재생하거나 목적지까지의 경로를 안내할 수 있다.

입출력 제어 시스템(120)은 버튼을 통한 운전자의 제어 명령을 수신하고, 운전자의 제어 명령에 대응하는 정보를 표시한다. 입출력 제어 시스템(120)는 대시 보드에 마련되어 차량 속도, 엔진 회전 속도, 주유량 등을 표시하는 클러스터 디스플레이 및 조향 휠에 설치되는 휠 버튼 모듈 등을 포함할 수 있다.

엔진 제어 시스템(130)는 연료분사 제어, 연비 피드백 제어, 희박 연소 제어, 점화 시기 제어 및 공회전수 제어 등을 수행한다. 이러한 엔진 제어 시스템(140)은 단일의 장치일 수 있을 뿐만 아니라, 통신을 통하여 연결된 복수의 장치들일 수도 있다.

변속 제어 시스템(140)는 변속점 제어, 댐퍼 클러치 제어, 마찰 클러치 온/오프 시의 압력 제어 및 변속 중 엔진 토크 제어 등을 수행한다. 이러한 변속 제어 시스템(140)은 단일의 장치일 수 있을 뿐만 아니라, 통신을 통하여 연결된 복수의 장치들일 수도 있다.

제동 제어 장치(150)는 차량(1)의 제동을 제어할 수 있으며, 대표적으로 안티락 브레이크 시스템(Anti-lock Brake System, ABS) 등을 포함할 수 있다.

조향 제어 장치(160)는 저속 주행 또는 주차 시에는 조향력을 감소시키고 고속 주행 시에는 조향력을 증가시킴으로써 운전자의 조향 조작을 보조한다.

운전 보조 시스템(170)은 차량(1)의 주행을 보조하며, 전방 충돌 회피 기능, 차선 이탈 경고 기능, 사각 지대 감시 기능, 후방 감시 기능 등을 수행할 수 있다.

운전 보조 시스템(170)은 통신을 통하여 연결된 복수의 장치들 포함할 수 있다. 예를 들어, 운전 보조 시스템(170)은 전방 충동 경고 장치(Forward Collision Warning System, FCW), 자동 비상 제동 장치(Advanced Emergency Braking System, AEBS), 적응 순항 제어 장치(Adaptive Cruise Control, ACC), 차선 이탈 경고 장치(Lane Departure Warning System, LDWS), 차선 유지 보조 장치(Lane Keeping Assist System, LKAS), 시각지대 감시 장치(Blind Spot Detection, BSD), 후방 충동 경고 장치(Rear-end Collision Warning System, RCW) 등을 포함할 수 있다.

이러한 운전 보조 시스템(170)은 전후방 차량의 위치를 검출하는 레이더 모듈(171), 전후방 차량의 영상을 획득하는 카메라 모듈(179)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 레이더 모듈(171)은 전방 충동 경고 장치, 자동 비상 제동 장치, 적응 순항 제어 장치, 시각지대 감시 장치, 후방 충동 경고 장치 등 전후방 차량의 위치에 따라 동작하는 장치에 이용될 수 있다. 또한, 카메라 모듈(179)은 차선 이탈 경고 장치 및 차선 유지 보조 장치 등 전후방 차량 및 도로의 영상에 따라 동작하는 장치에 이용될 수 있다.

특히, 레이더 모듈(171)은 도 3에 도시된 바와 같이 송신기(172), 듀플렉서(duplexer) (173), 안테나(174), 수신기(175), 레이더 데이터 처리기(176)를 포함한다.

송신기(172)는 극부 발진기(local oscillator)의 라디오 주파수(Radio Frequency, RF) 신호를 이용하여 라디오 주파수의 송신 신호를 생성하고, 생성된 송신 신호를 출력한다.

듀플렉서(173)는 송신기(172)로부터 수신된 라디오 주파수의 송신 신호를 안테나(164)에 제공하거나, 안테나(174)로부터 수신된 라디오 주파수의 반사 신호를 수신기(165)에 제공한다.

안테나(174)는 듀플렉서(173)로부터 수신된 레이더 신호를 자유 공간으로 방사하고, 자유 공간으로부터 수신되는 반사 신호를 듀플렉서(173)로 제공한다.

수신기(175)는 극부 발진기(local oscillator)의 라디오 주파수(Radio Frequency, RF) 신호를 이용하여 듀를렉서(173)로부터 수신된 반사 신호로부터 레이더 데이터를 추출한다.

레이더 데이터 처리기(176)는 수신기(175)로부터 수신된 레이더 데이터를 처리하여 대상체의 위치 정보를 추출한다.

이처럼, 레이더 모듈(171)은 안테나(174)를 통하여 라디오 주파수의 송신 신호를 자유 공간으로 방사하고, 안테나(174)를 통하여 대상체로부터 반사되는 반사 신호를 획득하여 대상체의 위치 정보를 산출한다.

무선 통신 장치(180)는 외부 차량, 외부 단말기 또는 통신 중계기 등과 통신할 수 있다.

무선 통신 장치(180)는 다양한 통신 규약을 통하여 신호를 주고 받을 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 장치(180)는 시간 분할 다중 접속(Time Division Multiple Access: TDMA)과 부호 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access: CDMA) 등의 제2 세대(2G) 통신 방식, 광대역 부호 분할 다중 접속(Wide Code Division Multiple Access: WCDMA)과 CDMA2000(Code Division Multiple Access 2000)과 와이브로(Wireless Broadband: Wibro)와 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access: WiMAX) 등의 3세대(3G) 통신 방식, 엘티이(Long Term Evolution: LTE)와 와이브로 에볼류션(Wireless Broadband Evolution) 등 4세대(4G) 통신 방식을 채용할 수 있다. 뿐만 아니라, 무선 통신 장치(180)는 5세대(5G) 통신 방식을 채용할 수도 있다.

무선 통신 장치(180)는 도 4에 도시된 바와 같이 송신 데이터 처리 프로세서(181), 송신기(182), 듀플렉서(183), 안테나(184), 수신기(185), 수신 데이터 처리기(186)를 포함한다.

송신 데이터 처리 프로세서(181)는 다른 전자 장치로부터 수신된 디지털 송신 데이터를 저주파수의 송신 신호로 변환하고, 변환된 저주파수의 송신 신호를 송신기(182)에 제공한다.

송신기(182)는 극부 발진기(local oscillator)의 라디오 주파수(Radio Frequency, RF) 신호를 이용하여 저주파수의 송신 신호를 라디오 주파수의 송신 신호로 변조하고, 변조된 라디오 주파수의 송신 신호를 출력한다.

듀플렉서(183)는 송신기(182)로부터 수신된 라디오 주파수의 송신 신호를 안테나(184)에 제공하거나, 안테나(184)로부터 수신된 라디오 주파수의 수신 신호를 수신기(185)에 제공한다.

안테나(184)는 듀플렉서(183)로부터 수신된 라디오 주파수의 송신 신호를 자유 공간으로 방사하고, 자유 공간으로부터 수신되는 라디오 주파수의 수신 신호를 듀플렉서(183)로 제공한다.

수신기(185)는 극부 발진기(local oscillator)의 라디오 주파수(Radio Frequency, RF) 신호를 이용하여 듀플렉서(183)로부터 수신된 라디오 주파수의 수신 신호를 복조하고, 복조된 저주파수의 수신 신호를 출력한다.

수신 데이터 처리기(186)는 수신기(185)로부터 수신된 저주파수의 수신 신호를 디지털 수신 데이터로 변환하고, 변환된 디지털 수신 데이터를 출력한다.

이처럼, 무선 통신 장치(180)는 안테나(184)를 통하여 라디오 주파수의 송신 신호를 외부 장치에 전송하고, 안테나를(184)를 통하여 외부 장치로부터 전송된 라디오 주파수의 수신 신호를 수신한다.

레이더 모듈(171)과 무선 통신 장치(180)는 공통적으로 안테나(174, 184)를 포함하며, 레이더 모듈(171)의 안테나(174)와 무선 통신 장치(180)의 안테나(184)의 구조 및 기능을 실질적으로 동일하다.

또한, 레이더 모듈(171)과 무선 통신 장치(180)의 성능은 안테나(174, 184)의 특성에 의존한다. 특히, 주파수가 30-300GHz(Giga Hertz)이고 파장이 10~1mm인 밀리미터 웨이브를 이용하는 경우, 레이더 모듈(171)과 무선 통신 장치(180)의 성능은 안테나(174, 184)의 성능에 크게 의존하며, 안테나(174, 184)의 성능을 향상시키기 위하여 배열 안테나가 널리 이용된다.

이하에서는 일 실시예에 의한 차량에 포함된 안테나에 대하여 설명한다.

도 5는 일 실시예에 의한 안테나를 도시하고, 도 6 내지 도 14 각각은 일 실시예에 의한 안테나에 포함된 제1 플레이트 내지 제9 플레이트를 도시한다.

안테나(200)는 자유 공간으로 전파를 방사하고, 자유 공간으로부터 전파를 수신한다.

이러한 안테나(200)는 용도에 따라 다양한 위치에 설치될 수 있다. 예를 들어, 레이더용 안테나(200)는 차량(1, 도 1 참조)의 라디에이터 그릴(16, 도 1 참조)에 설치될 수 있으며, 무선 통신용 안테나(200)는 차량(1, 도 1 참조)의 루프 패널(13, 도 1 참조)에 설치될 수 있다.

도 5 내지 도 14를 참조하면, 안테나(200)는 최상부에 전파를 방사하기 위한 복수의 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)이 형성되며, 각각의 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)은 도 5에 도시된 좌표축을 기준으로 x축 방향의 편파(이하에서는 'x축 편파'라 한다)와 y축 방향(이하에서는 'y축 편파'라 한다)의 편파를 방사하기 위하여 십자형으로 형성된다.

안테나(200)는 구조 상 4개의 층(201, 202a, 202b, 202c)를 포함하며, 4개의 층(201, 202a, 202b, 202c)를 형성하기 위하여 복수의 슬롯이 형성된 9개의 플레이트(210~290)를 포함할 수 있다.

9개의 플레이트(210~290)는 도 5에 도시된 바에 같이 십자형 슬롯과 수직한 방향인 z축 방향으로 적층되며, 4개의 층(201, 202a, 202b, 202c) 각각에 웨이브 가이드(wave guide)가 형성되도록 9개의 플레이트(210~290)는 전류가 흐를 수 있는 금속 등의 도체로 구성될 수 있다.

또한, 안테나(200)는 기능 상 전파를 방사하는 방사부(201), 방사부(201)에 x축 편파 및 y축 편파를 공급하는 공급부(202a, 202b, 202c: 202)를 포함한다.

방사부(201)는 공급부(202)로부터 x축 편파와 y축 편파를 공급받고, 공급받는 x축 편파와 y축 편파를 다시 4개의 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)에 균일하게 분배하여 자유 공간으로 방사한다.

방사부(201)는 자유 공간으로 x축 편파 및 y축 편파를 방사하는 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)이 형성된 방사 캐비티(220a)를 포함할 수 있다.

방사 캐비티(220a)는 제1 플레이트(210), 제2 플레이트(220) 및 제3 플레이트(230)에 의하여 형성될 수 있다.

제3 플레이트(230)에는 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 제1 십자형 커플링 슬롯(235)이 균일하게 형성된다. 복수의 제1 십자형 커플링 슬롯(235)은 공급부(202)로부터 방사부(201)로 x축 편파 및 y축 편파를 공급하는 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)의 일부이며, 제3 플레이트(230)의 제1 십자형 커플링 슬롯(235)을 통하여 x축 편파 및 y축 편파는 방사부(201)에 공급된다.

또한, 제2 플레이트(220)에는 도 7에 도시된 바와 같이 방사 캐비티(220a)를 형성하기 위한 복수의 방사 캐비티 형성 슬롯(225)이 균일하게 형성된다. 제2 플레이트(220)의 방사 캐비티 슬롯(225)은 제3 플레이트(230)의 제1 십자형 커플링 슬롯(235)과 동일한 개수로 형성된다.

또한, 제1 플레이트(210)는 도 6에 도시된 바와 같이 x축 편파 및 y축 편파를 방사하는 복수의 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)이 균일하게 형성된다.

방사 캐비티(220a)는 자유 공간과 안테나(200) 사이의 임피던스를 매칭시키며, 바닥면을 형성하는 제3 플레이트(230), 측면을 형성하는 제2 플레이트(220) 및 상면을 형성하는 제1 플레이트(210)에 의하여 형성된다.

제3 플레이트(230)의 제1 십자형 커플링 슬롯(235)을 통하여 공급되는 x축 편파 및 y축 편파에 의하여 방사 캐비티(220a) 내부에 x축 편파 및 y축 편파가 유도되고, 방사 캐비티(220a) 내부의 x축 편파 및 y축 편파는 제1 플레이트(210)의 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)을 통하여 자유 공간으로 방사된다.

또한, 제1 플레이트(210)의 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)의 개수는 제2 플레이트(220)의 방사 캐비티 슬롯(225)과 제3 플레이트(230)의 제1 십자형 커플링 슬롯(235)의 개수보다 4배 많다. 다시 말해, 제3 플레이트(230)의 제1 십자형 커플링 슬롯(235) 개수와 제1 플레이트(210)의 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)의 개수의 비율을 1:4가 된다.

또한, 방사부(201)의 방사 캐비티(220a)는 하나의 제1 십자형 커플링 슬롯(235)로부터 공급된 x축 편파 및 y축 편파를 4개의 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)에 균등하게 분배한다.

이처럼, 하나의 제1 십자형 커플링 슬롯(235)로부터 공급된 x축 편파 및 y축 편파를 4개의 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)에 균등하게 분배함으로써, x축 편파 및 y축 편파를 방사하는 슬롯(십자형 방사 슬롯)의 밀도가 4배 증가되고, x축 편파 및 y축 편파를 방사하는 슬롯(십자형 방사 슬롯) 사이의 거리가 절반으로 감소된다.

이처럼, x축 편파 및 y축 편파를 방사하는 슬롯 사이의 거리가 감소됨으로써, 안테나(200)가 방사하는 전파의 방향성이 향상된다. 다시 말해, 안테나(200)는 z축 방향으로 샤프한 형태의 주엽(main lobe)가 형성되고, 부엽(side lobe)은 최소화될 수 있다.

공급부(202)는 x축 편파와 y축 편파를 방사부(201)로 안내하는 십자형 커플링 홀(255, 245, 235), x축 편파를 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)으로 안내하는 x축 편파 웨이브 가이드(280a), y축 편파를 y축 편파를 십자형 커플링 가이드(255, 245, 235)으로 안내하는 y축 편파 웨이브 가이드(240a, 260a)를 포함한다.

x축 편파 웨이브 가이드(280a)는 제7 플레이트(270), 제8 플레이트(280) 및 제9 플레이트(290)에 의하여 형성된다.

제9 플레이트(290)에는 도 14에 도시된 바와 같이 외부 장치로부터 x축 편파 웨이브 가이드(280a)에 x축 편파를 공급하는 x축 편파 공급 슬롯(291) 및 외부 장치로부터 y축 편파 웨이브 가이드(240a, 260a)에 y축 편파를 공급하는 y축 편파 공급 홀(292, 282, 272, 262, 252)을 형성하는 제1 y축 편파 공급 슬롯(292)이 형성된다.

제8 플레이트(280)에는 도 13에 도시된 바와 같이 x축 편파 웨이브 가이드(280a)를 형성하기 위한 x축 편파 웨이브 가이드 형성 슬롯(281) 및 y축 편파 웨이브 가이드(240a, 260a)에 y축 편파를 공급하는 y축 편파 공급 홀(292, 282, 272, 262, 252)을 형성하는 제2 y축 편파 공급 슬롯(282)이 형성된다. 이때, x축 편파 웨이브 가이드 형성 슬롯(281)의 폭은 x축 편파의 반파장(λ/2)과 같다. 즉, x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 폭은 x축 편파의 반파장(λ/2)과 같으며, 방사되는 x축 편파의 주파수 혹은 파장에 의존한다.

제7 플레이트(270)에는 도 12에 도시된 바와 같이 x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 x축 편파를 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)에 공급하는 x축 편파 커플링 슬롯(271), y축 편파 웨이브 가이드(240a, 260a)에 y축 편파를 공급하는 y축 편파 공급 홀(292, 282, 272, 262, 252)을 형성하는 제3 y축 편파 공급 슬롯(272)이 형성된다.

x축 편파 웨이브 가이드(280a)는 x축 편파 공급 슬롯(291)을 통하여 공급되는 x축 편파를 x축 편파 커플링 슬롯(271)으로 안내한다. x축 편파 커플링 슬롯(271)으로 안내된 x축 편파는 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)로 공급되고, 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)을 통하여 방사 캐비티(220a)로 공급된다.

도 12, 도 13 및 도 14에 의하면, x축 편파 웨이브 가이드(280a)는 안테나(200)의 중심부로부터 안테나(200)의 곳곳으로 균일하게 연장된다. 또한, x축 편파 공급 슬롯(291)은 x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 중심부에 형성되고, x축 편파 커플링 슬롯(271)은 x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 말단에 형성된다.

그 결과, x축 편파는 x축 편파 웨이브 가이드(280a)를 따라 x축 편파 공급 슬롯(291)로부터 복수의 x축 편파 커플링 슬롯(271)까지 전파된다.

또한, x축 편파 웨이브 가이드(280a)을 따라 x축 편파 공급 슬롯(291)으로부터 복수의 x축 편파 커플링 슬롯(271)까지 연장되는 경로의 길이는 모두 동일하다. 다시 말해, x축 편파가 x축 편파 웨이브 가이드(280a)를 따라 x축 편파 공급 슬롯(291)으로부터 복수의 x축 편파 커플링 슬롯(271)까지 전파되는 거리가 동일하다.

그 결과, 복수의 x축 편파 커플링 슬롯(271)를 통하여 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)로 공급되는 x축 편파의 위상과 진폭은 모두 동일하다. 다시 말해, 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)로 공급되는 x축 편파는 안테나(200)의 위치와 무관하게 동일한 위상과 진폭의 x축 편파가 공급될 수 있다.

y축 편파 웨이브 가이드(240a, 260a)는 외부 장치로부터 y축 편파를 공급받는 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a) 및 y축 편파를 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)에 공급하는 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)를 포함한다.

제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)는 제3 플레이트(230), 제4 플레이트(240) 및 제5 플레이트(250)에 의하여 형성된다.

제4 플레이트(240)에는 도 9에 도시된 바와 같이 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)를 형성하는 제1 y축 편파 웨이브 가이드 형성 슬롯(242), x축 편파와 y축 편파를 방사 캐비티(220a)에 공급하는 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)를 형성하는 제2 십자형 커플링 슬롯(245)이 형성된다. 제2 십자형 커플링 슬롯(245)은 제1 십자형 커플링 슬롯(235)에 대응하는 위치에 형성되며, 복수의 제2 십자형 커플링 슬롯(245)들 사이에 제1 y축 편파 웨이브 가이드 형성 슬롯(242)이 형성된다. 이때, 제1 y축 편파 웨이브 가이드 형성 슬롯(242)의 폭은 y축 편파의 반파장(λ/2)과 같다. 즉, 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)의 폭은 y축 편파의 반파장(λ/2)과 같으며, 방사되는 y축 편파의 주파수 혹은 파장에 의존한다.

제5 플레이트(250)에는 도 10에 도시된 바와 같이 y축 편파 웨이브 가이드(240a, 260a)에 y축 편파를 공급하는 y축 편파 공급 홀(292, 282, 272, 262, 252)을 형성하는 제5 y축 편파 공급 슬롯(252), 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)의 y축 편파를 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)에 공급하는 y축 편파 커플링 슬롯(253) 및 x축 편파와 y축 편파를 방사 캐비티(220a)에 공급하는 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)를 형성하는 제3 십자형 커플링 슬롯(255)이 형성된다. 제3 십자형 커플링 슬롯(255)은 제1 십자형 커플링 슬롯(235) 및 제2 십자형 커플링 슬롯(245)과 대응하는 위치에 형성된다. 또한, y축 편파 커플링 슬롯(253)은 제1 y축 편파 웨이브 가이드 형성 슬롯(242)과 대응되는 위치에 형성된다.

제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)는 y축 편파 공급 홀(292, 282, 272, 262, 252)을 통하여 공급되는 y축 편파를 y축 편파 커플링 슬롯(253)로 안내한다. y축 편파는 y축 편파 커플링 슬롯(253)을 통하여 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)로 공급된다.

도 8, 도 9 및 도 10에 의하면, 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)는 안테나(200)의 중심부로부터 안테나(200)의 곳곳으로 균일하게 연장된다. 또한, y축 편파 공급 홀(292, 282, 272, 262, 252)은 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)의 중심부에 형성되고, y축 편파 커플링 슬롯(253)은 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)의 말단에 형성된다.

그 결과, y축 편파는 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)를 따라 x축 편파 공급 홀(292, 282, 272, 262, 252)로부터 복수의 y축 편파 커플링 슬롯(253)가지 전파된다.

또한, 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)을 따라 y축 편파 공급 홀(292, 282, 272, 262, 252)로부터 복수의 y축 편파 커플링 슬롯(253)까지 연장되는 경로의 길이는 모두 동일하다. 다시 말해, y축 편파가 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)를 따라 y축 편파 공급 홀(292, 282, 272, 262, 252)로부터 복수의 y축 편파 커플링 슬롯(253)까지 전파되는 거리가 동일하다.

그 결과, 복수의 y축 편파 커플링 슬롯(253)를 통하여 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)로 공급되는 y축 편파의 위상과 진폭은 모두 동일하다.

제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)는 제5 플레이트(250), 제6 플레이트(260) 및 제7 플레이트(270)에 의하여 형성된다.

제5 플레이트(250)에는 도 10에 도시된 바와 같이 제5 y축 편파 공급 슬롯(252), y축 편파 커플링 슬롯(253) 및 제3 십자형 커플링 슬롯(255)이 형성된다. 제3 십자형 커플링 슬롯(255)은 제1 십자형 커플링 슬롯(235) 및 제2 십자형 커플링 슬롯(245)과 대응하는 위치에 형성되고, y축 편파 커플링 슬롯(253)은 제1 y축 편파 웨이브 가이드 형성 슬롯(242)과 대응되는 위치에 형성된다.

제6 플레이트(260)에는 도 11에 도시된 바와 같이 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)를 형성하는 제2 y축 편파 웨이브 가이드 형성 슬롯(263), y축 편파 웨이브 가이드(240a, 260a)에 y축 편파를 공급하는 y축 편파 공급 홀(292, 282, 272, 262, 252)을 형성하는 제4 y축 편파 공급 슬롯(262)이 형성된다. 제2 y축 편파 웨이브 가이드 형성 슬롯(263)은 제5 플레이트(250)의 y축 편파 커플링 슬롯(253) 및 제3 십자형 커플링 슬롯(255)에 대응하는 위치에 형성된다. 이때, 제2 y축 편파 웨이브 가이드 형성 슬롯(263)의 폭은 y축 편파의 반파장(λ/2)과 같다. 즉, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 폭은 y축 편파의 반파장(λ/2)과 같으며, 방사되는 y축 편파의 주파수 혹은 파장에 의존한다.

제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)는 y축 편파 커플링 슬롯(253)을 통하여 공급되는 y축 편파를 십자형 커플링 슬롯(255, 245, 235)으로 안내한다. 십자형 커플링 슬롯(255, 245, 235)으로 안내된 y축 편파는 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)을 통하여 방사 캐비티(220a)로 공급된다.

도 10, 도 11 및 도 12에 의하면, 제1 y축 편파 웨이브 가이드(260a)는 y축 편파 커플링 슬롯(253), x축 편파 커플링 슬롯(271) 및 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)을 연결한다.

x축 편파 커플링 슬롯(271)으로부터 공급되는 X축 편파는 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)를 통과하여 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)에 공급된다. 또한, y축 편파 커플링 슬롯(253)으로부터 공급되는 y축 편파는 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)를 따라 이동하여, 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)에 공급된다. 이때, x축 편파와 y축 편파는 서로 수직하므로 x축 편파와 y축 편파 사이의 간섭 현상이 최소화될 수 있다.

x축 편파는 x축 편파 웨이브 가이드(280a)를 따라 이동하여 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)에 공급되며, y축 편파는 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a) 및 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)를 따라 이동하여 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)에 공급된다.

이상에서는 안테나(200)의 구성에 대하여 설명하였다.

이하에서는 안테나(200) 내부에서 전자기파(x축 편파 및 y축 편파)의 이동에 대하여 설명한다.

전자기파의 이동을 대한 이해를 돕기 위하여, 이하에서 설명하는 도 15 내지 도 23은 안테나(200)의 외형을 형성하는 금속 등의 도체의 도시를 생략하고, 도체에 의하여 형성되는 웨이브 가이드만을 도시한다. 다시 말해, 도 15 내지 도 23에서 웨이브 가이드의 외부는 도체로 구성되었으며, 다만 그 도시를 생략한 것 뿐이다.

도 15는 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 웨이브 가이드의 일부를 도시한다. 구체적으로, 도 15는 x축 편파와 y축 편파를 포함하는 전자기파가 이동하는 웨이브 가이드만을 도시하였으며, 웨이브 가이드를 형성하는 도체의 도시는 생략하였다.

도 15를 참조하면, 안테나(200)의 웨이브 가이드는 x축 편파와 y축 편파를 방사하는 방사부(201), 방사부(201)에 x축 편파와 y축 편파를 공급하는 공급부(202)를 포함한다.

앞서 설명한 바와 같이 방사부(201)는 방사 캐비티(225)와 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215, 215c)를 포함하며, 공급부(202)는 x축 편파 웨이브 가이드(280a), y축 편파 웨이브 가이드(240a, 260a) 및 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)을 포함한다.

우선, 웨이브 가이드에서의 전자기파의 전파 및 공진에 대하여 설명한다.

도 16은 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 웨이브 가이드의 자기장과 전기장을 도시한다.

도 16에 도시된 바와 같이 웨이브 가이드(WG)는 전자기파가 전파 또는 공진하는 중공(ES)과 중공(ES)을 둘러싸는 가이드(CD)로 구성된다.

중공(ES)는 유전체로 채워지거나 빈 공간(공기로 채워짐)일 수 있다. 또한, 가이드(CD)는 전기가 흐를 수 있는 도체로 구성되며, 특정한 전압으로 바이어스(biasing)될 수 있다. 예들 들어, 가이드(CD)는 접지될 수 있다.

웨이브 가이드(WG)에 전자기파(E, M)가 방사되면, 방사된 전자기파(E, M)는 웨이브 가이드(WG)의 중공(ES)을 따라 전파될 수 있다. 즉, 웨이브 가이드(WG)는 방사된 전자기파를 특정한 방향으로 안내한다.

웨이브 가이드(WG)의 전자기파(E, M)는 모드(mode)에 따라 다양한 형태의 전기장(E)과 자기장(M)을 형성하며 전파될 수 있다.

예를 들어, TE (transverse electric) 모드에서 전자기파(E, M)는 도 16에 도시된 바와 같은 전기장(E)과 자기장(M)을 형성하며 전파된다. 구체적으로, 전기장(E)은 진행 방향과 수직한 방향으로 진동하며 전파될 수 있으며, 자기장(M)은 웨이브 가이드(WG) 내부에서 회전하며 전파될 수 있다. 이때, 서로 같은 방향으로 회전하는 자기장(M) 중심 사이의 거리가 전자기파(E, M)의 파장(λ)이 된다. 또한, 전자기파(E, M)가 전파되는 경우, 회전하는 자기장(M) 중심이 전파 방향으로 이동한다.

웨이브 가이드(WG) 내에서 전자기파(E, M)는 전파될 수 있을 뿐만 아니라, 공진할 수도 있다.

웨이브 가이드(WG)의 길이가 전자기파(E, M)의 반파장(λ/2)의 정수배에 해당하고 웨이브 가이드(WG)의 말단이 도체에 의하여 차단된 경우, 전자기파(E, M)는 전파되지 못하고 웨이브 가이드(WG) 내부에서 공진할 수 있다.

전자기파(E, M)가 웨이브 가이드(WG) 내부에서 공진하는 경우, 전기장(E)과 자기장(M)은 이동하지 못하며, 전기장(E)은 특정한 위치에서 진동하고 자기장(M)은 특정한 위치에서 회전할 수 있다.

안테나(200)는 이러한 전자기파(E, M)의 공진 현상을 이용하여, 전자기파(E, M)를 자유 공간으로 방사한다.

예를 들어, 도 16의 웨이브 가이드(WG)에 슬롯이 형성되면, 웨이브 가이드(WG)에서 공진하는 전자기파(E, M) 가운데 일부가 슬롯을 통하여 자유 공간으로 방사되며, 방사된 전자기파는 웨이브 가이드(WG) 내부에서 공진하는 전자기파(E, M)와 동일한 주파수를 갖는다.

이와 같이 웨이브 가이드(WG)는 슬롯을 통하여 내부의 전자기파(E, M)를 외부로 방사할 수 있으며, 방사되는 전자기파는 웨이브 가이드(WG)의 전자기파와 동일한 성질을 갖는다. 즉, 웨이브 가이드(WG)는 그 자체로 안테나가 될 수 있다.

이하에서는 이해를 돕기 위하여, 안테나(200) 내부에 형성된 웨이브 가이드(WG)의 전자기파는 TE 모드인 것으로 가정한다. 다만, 안테나(200)의 전자기파가 TE 모드로 한정되는 것은 아니며, TEM (Transverse Electromagnetic) 모드 또는 TM (Transverse Magnetic) 모드일 수 있다.

도 17은 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 x축 편파 웨이브 가이드의 x축 편파를 도시한다. 구체적으로, 도 17의 좌측은 안테나(200)에 형성된 웨이브 가이드를 도시하고, 도 17의 우측은 x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 x축 편파를 도시한다.

도 17의 좌측에 도시된 바에 의하면, x축 편파 웨이브 가이드(280a)는 최하층에 형성되며, 외부로부터 공급받은 x축 편파를 상부의 십자형 커플링 슬롯(255, 245, 235)으로 공급한다.

도 17의 우측에 도시된 바와 같이 x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 그 폭은 x축 편파의 반파장(λ/2)과 같고, x축 편파 웨이브 가이드(280a) 내부에는 x축 편파 자기장(Mx) 및 x축 편파 전기장(미도시)이 형성된다. 이하에서는 이해를 돕기 위하여 웨이브 가이드 내의 자기장에 대하여 설명한다. 구체적으로 설명되지는 않으나, 웨이브 가이드 내에는 자기장과 수직한 방향으로 전기장이 형성된다.

x축 편파 웨이브 가이드(280a) 내의 x축 편파는 x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 중심부에 형성된 x축 편파 공급 슬롯(291)으로부터 공급된다. 또한, x축 편파는 x축 편파 웨이브 가이드(280a) 말단에 형성된 x축 편파 커플링 슬롯(271)을 통하여 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)으로 공급된다.

이때, x축 편파 웨이브 가이드(280a) 내의 x축 편파는 이동하지 않고 공진하면서, x축 편파의 에너지를 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)으로 공급한다. 구체적으로, x축 편파 웨이브 가이드(280a) 내의 x축 편파 자기장(Mx)은 도 17의 우측에 도시된 바와 같이 고정된 위치에 회전하지만 이동하지는 않는다.

또한, x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 모든 말단에는 시계 방향으로 회전하는 x축 편파 자기장(Mx)이 형성된다. 이때, x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 말단에 형성된 x축 편파 자기장(Mx)의 회전 방향은 시계 방향에 한정되는 것은 아니며, 반시계 방향으로 회전하는 x축 편파 자기장(Mx)이 형성되어도 무관하다.

다만, 안테나(200)로부터 방사되는 x축 편파가 서로 상쇄되지 않도록 x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 말단에 형성된 x축 편파 자기장(Mx)의 회전 방향은 동일한 것이 바람직하다. 이때, x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 모든 말단에서 같은 방향으로 회전하는 x축 편파 자기장(Mx)이 형성되도록 x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 폭 및 길이가 설정될 수 있다.

x축 편파 웨이브 가이드(280a) 말단 상측에는 x축 편파를 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)로 공급하는 x축 편파 커플링 슬롯(271)이 형성된다. 이때, x축 편파 커플링 슬롯(271)은 도면에 도시된 좌표계를 기준으로 x축 방향으로 형성될 수 있다. 즉, x축 편파 커플링 슬롯(271)은 x축 편파의 에너지의 전달 방향과 같은 방향으로 형성될 수 있다.

또한, x축 편파 커플링 슬롯(271)은 x축 편파 웨이브 가이드(280a) 말단의 엣지 부분에 형성된다. 이는 웨이브 가이드의 엣지 부분에서 웨이브 가이드 내부의 자기장의 세기가 가장 강하기 때문이다. 또한, x축 편파 웨이브 가이드(280a) 말단 엣지 부분에 x축 방향의 자기장이 형성되기 때문이다.

이처럼, x축 편파 웨이브 가이드(280a) 말단의 엣지 부분에 x축 방향의 x축 편파 커플링 슬롯(271)이 형성됨으로써, x축 편파 웨이브 가이드(280a)으로부터 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)에 x축 방향의 강한 편파(즉, x축 편파)가 공급될 수 있다.

도 18은 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 제1 y축 편파 웨이브 가이드의 x축 편파를 도시하고, 도 19은 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 제2 y축 편파 웨이브 가이드의 y축 편파를 도시한다. 구체적으로, 도 18 및 도 19의 좌측은 안테나(200)에 형성된 웨이브 가이드를 도시하고, 도 18의 우측은 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)의 y축 편파를 도시하고, 도 19의 우측은 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 y축 편파를 도시한다.

앞서 설명한 바와 같이 y축 편파 웨이브 가이드(240a, 260a)는 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)와 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)로 구성된다. 이는 동일한 위상 및 세기를 갖는 y축 편파를 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)에 공급하기 위함이다.

도 18 및 도 19에는 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)는 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 상측에 마련되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)는 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 하측에 마련될 수도 있다.

도 18의 우측에 도시된 바와 같이 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)의 폭은 y축 편파의 반파장(λ/2)과 같고, 그 내부에는 y축 편파 자기장(Mx) 및 y축 편파 전기장(미도시)이 형성된다. 이하에서는 이해를 돕기 위하여 웨이브 가이드 내의 자기장에 대하여 설명한다. 구체적으로 설명되지는 않으나, 웨이브 가이드 내에는 자기장과 수직한 방향으로 전기장이 형성된다.

제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a) 내의 y축 편파는 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)의 중심부에 형성된 y축 편파 공급 홀(292, 282, 272, 262, 252)으로부터 공급된다. 또한, y축 편파는 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a) 말단에 형성된 x축 편파 커플링 슬롯(253)을 통하여 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)으로 공급된다.

이때, 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a) 내의 y축 편파는 이동하지 않고 공진하면서, y축 편파의 에너지를 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)으로 공급한다. 구체적으로, 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a) 내의 y축 편파 자기장(My)은 도 18의 우측에 도시된 바와 같이 고정된 위치에 회전하지만 이동하지는 않는다.

또한, 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)의 모든 말단에는 반시계 방향으로 회전하는 y축 편파 자기장(My)이 형성된다. 이때, 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)의 말단에 형성된 y축 편파 자기장(My)의 회전 방향은 반시계 방향에 한정되는 것은 아니며, 반시계 방향으로 회전하는 y축 편파 자기장(My)이 형성될 수도 있다.

다만, 안테나(200)로부터 방사되는 y축 편파가 서로 상쇄되지 않도록 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)의 말단에 형성된 y축 편파 자기장(My)의 회전 방향은 동일한 것이 바람직하다. 이때, 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)의 모든 말단에서 같은 방향으로 회전하는 y축 편파 자기장(My)이 형성되도록 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)의 폭 및 길이가 설정될 수 있다.

제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a) 말단 하측에는 y축 편파를 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)로 공급하는 y축 편파 커플링 슬롯(253)이 형성된다. 이때, y축 편파 커플링 슬롯(253)은 도면에 도시된 좌표계를 기준으로 y축 방향으로 형성될 수 있다. 즉, x축 편파 커플링 슬롯(253)은 x축 편파의 에너지의 전달 방향과 같은 방향으로 형성될 수 있다.

또한, y축 편파 커플링 슬롯(253)은 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a) 말단의 엣지 부분에 형성된다. 이는 웨이브 가이드의 엣지 부분에서 웨이브 가이드 내부의 자기장의 세기가 가장 강하기 때문이다. 또한, 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a) 말단 엣지 부분에 y축 방향의 자기장이 형성되기 때문이다.

이처럼, 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a) 말단의 엣지 부분에 y축 방향의 y축 편파 커플링 슬롯(253)이 형성됨으로써, 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)으로부터 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)에 y축 방향의 강한 편파(즉, y축 편파)가 공급될 수 있다.

도 19의 우측에 도시된 바와 같이 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 폭은 y축 편파의 반파장(λ/2)과 같고, 그 내부에는 y축 편파 자기장(Mx) 및 y축 편파 전기장(미도시)이 형성된다. 이하에서는 이해를 돕기 위하여 웨이브 가이드 내의 자기장에 대하여 설명한다.

제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 내의 y축 편파는 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 각각의 중심부에 형성된 y축 편파 커플링 슬롯(253)으로부터 공급된다. 구체적으로, y축 편파 커플링 슬롯(253)을 통하여 제1 y축 편파 웨이브 가이드(240a)으로부터 공급된 y축 편파에 의하여 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 내부에 y축 편파가 유도되며, 유도된 y축 편파는 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 양단으로 연장된다.

또한, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 내부의 y축 편파는 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 양단에 형성된 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)으로 공급된다. 이때, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 양단에 형성된 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)은 y축 편파 커플링 슬롯(252)으로부터 동일한 거리에 형성됨으로써 동일한 세기와 동일한 위상의 y축 편파가 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)에 공급된다.

이때, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 내의 y축 편파는 이동하지 않고 공진하면서, y축 편파의 에너지를 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)으로 공급한다. 구체적으로, y축 편파 웨이브 가이드(260a) 내의 y축 편파 자기장(Mx)은 도 19의 우측에 도시된 바와 같이 고정된 위치에 회전하지만 이동하지는 않는다.

또한, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 일단에는 반시계 방향으로 회전하는 y축 편파 자기장(My)이 형성되고, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 타단에는 시계 방향으로 회전하는 y축 편파 자기장(My)이 형성된다. 이처럼, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 양단에 형성된 y축 편파 자기장(My)의 회전 방향이 상이함으로 인하여, 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)에는 동일한 방향의 y축 편파가 공급될 수 있다.

제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 양단 하측에는 x축 편파가 통과하는 x축 편파 커플링 슬롯(271)이 형성되고, x축 편파 커플링 슬롯(271)의 중심은 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 양단으로부터 대략 y축 편파의 반파장(λ/2) 정도 떨어져 위치한다. 또한, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 말단 상측에는 x축 편파와 y축 편파를 방사부(201)에 공급하는 십자형 커플링 홀(255, 24, 235)이 형성되며, 십자형 커플링 홀(255, 24, 235)의 중심 역시 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 말단으로부터 대략 y축 편파의 반파장(λ/2) 정도 떨어져 위치한다.

그 결과, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)에서 x축 편파 커플링 슬롯(271)을 통하여 공급된 x축 편파와 y축 편파 커플링 슬롯(252)을 통하여 공급된 y축 편파가 혼합된다.

그러나, x축 편파는 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 내에서 공진하지 못하고 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)로 공급되고, y축 편파는 x축 편파 커플링 슬롯(271)을 통하여 x축 편파 웨이브 가이드(280a)로 전파되지 못하고 십자형 커플링 홀(255, 24, 235)로 공급된다. 즉, x축 편파와 y축 편파는 서로 간섭하지 않는다.

이는 x축 편파 커플링 슬롯(271) 및 십자형 커플링 홀(255, 24, 235)의 위치 때문이다.

도 20은 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 x축 편파 웨이브 가이드의 x축 편파와 제2 y축 편파 웨이브 가이드의 y축 편파를 도시한다.

도 20을 참조하여, x축 편파와 y축 편파의 관계에 대하여 설명한다.

도 20의 좌측에 도시된 바와 같이, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 양단은 x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 양단 보다 x축 편파 및 y축 편파의 파장의 대략 1/4(λ/4)만큼 돌출된다. 다시 말해, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)는 x축 편파 웨이브 가이드(280a) 보다 x축 편파 및 y축 편파의 파장의 대략 1/2(λ/2) 만큼 길다.

또한, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 폭과 x축 편파 웨이브 가이드(280a)의 폭은 모두 x축 편파 및 y축 편파의 반파장(λ/2)으로 동일하다. 다만, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)와 x축 편파 웨이브 가이드(280a)는 서로 대략 x축 편파 및 y축 편파의 파장의 대략 1/4(λ/4)만큼 어긋나 마련된다.

또한, 도 20의 좌측에 도시된 바와 같이 x축 편파 커플링 슬롯(271)은 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 말단 중앙 부분에 x축 방향으로 형성된다. 또한, x축 편파 커플링 슬롯(271) 상측에는 십자형 커플링 홀(255, 24, 235)이 형성된다.

x축 편파는 x축 편파 커플링 슬롯(271)을 통하여 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 말단 중심부로 공급된다. 이때, x축 편파가 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 내부에서 공진하기 위해서는 x축 편파 자기장(Mx)이 회전하기 위한 공간(x축 편파 커플링 슬롯(271)의 양측 또는 일측으로 반파장(λ/2)의 공간)이 필요하다. 그러나, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 폭은 y축 편파의 반파장(λ/2)이고 x축 편파 커플링 슬롯(271)은 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)의 중앙 부분에 위치하므로, x축 편파가 공진하기 위한 공간이 마련되지 않는다.

따라서, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)로 공급된 x축 편파는 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)에서 공진하지 못하고, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)를 통과하여 십자형 커플링 홀(255, 24, 235)로 공급된다.

또한, y축 편파는 y축 편파 커플링 슬롯(253)을 통하여 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a)으로 공급되고, 도 19의 우측에 도시된 바와 같이 공진한다. 도 20의 좌측에 도시된 바에 의하면, x축 편파 커플링 슬롯(253)이 형성된 위치에서 y축 편파는 y축 방향으로 회전한다.

따라서, 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 내의 y축 편파는 x축 방향으로 형성된 x축 편파 커플링 슬롯(253)을 통하여 x축 편파 웨이브 가이드(280a)로 공급되지 못하며, x축 방향 뿐만 아니라 y축 방향으로도 슬롯이 형성된 제3 십자형 커플링 슬롯(255)을 통하여 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)로 공급된다.

이처럼, x축 편파 웨이브 가이드(280a)를 통하여 공급되는 x축 편파는 y축 편파 웨이브 가이드(240a, 260a)로 전달되지 않고, y축 편파 웨이브 가이드(240a, 260a)를 통하여 공급되는 y축 편파는 x축 편파 웨이브 가이드(280a)로 공급되지 않는다.

또한, 도 20의 우측에 도시된 바와 같이 같이 제2 y축 편파 웨이브 가이드(260a) 내에서 x축 편파는 x축 방향으로 진동하며 전파되고, y축 편파는 y축 방향으로 진동하며 전파된다. 이처럼, x축 편파와 y축 편파는 서로 수직한 방향으로 진동하므로 x축 편파와 y축 편파는 서로 간섭되지 않는다.

십자형 커플링 홀(255, 245, 235)은 서로 직교하는 x축 편파와 y축 편파를 방사 캐비티(220a)를 포함하는 방사부(201)에 공급한다. 이때, x축 편파는 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)의 x축 방향 슬롯을 통하여 공급되고, y축 편파는 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)의 y축 방향 슬롯을 통하여 공급된다.

또한, x축 방향 슬롯과 y축 방향 슬롯이 서로 교차되어 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)이 형성된다.

도 21 내지 도 23는 일 실시예에 의한 안테나에 형성된 방사 캐비티의 x축 편파 및 y축 편파를 도시한다.

우선, x축 편파와 y축 편파와 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)을 통하여 방사 캐비티(220a)에 공급된다. 구체적으로 x축 편파의 자기장(Mx)과 y축 편파의 자기장(My)는 도 21에 도시된 바와 같이 서로 수직한 방향으로 진동하며, 방사 캐비티(220a)에 공급된다.

또한, 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)을 통하여 공급된 x축 편파와 y축 편파에 의하여 방사 캐비티(220a) 내부에 x축 편파와 y축 편파가 유도되며, 유도된 x축 편파와 y축 편파는 방사 캐비티(220a) 내에서 공진한다. 구체적으로, 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)을 통하여 공급된 x축 편파의 자기장(Mx)과 y축 편파의 자기장(My)에 의하여, 방사 캐비티(220a) 내부에는 도 22에 도시된 바와 같이 공진하는 x축 편파의 자기장(Mx)과 y축 편파의 자기장(My)이 생성된다.

또한, 방사 캐비티(220a) 내부에서 공진하는 x축 편파와 y축 편파는 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)를 통하여 자유 공간으로 방사된다. 구체적으로, 방사 캐비티(220a) 내부에서 공진하는 x축 편파의 자기장(Mx)와 y축 편파의 자기장(My)은 각각 도 23에 도시된 바와 같이 4개의 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)의 x축 방향 슬롯과 y축 방향 슬롯을 통하여 자유 공간으로 방사된다.

이때, 4개의 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)을 통하여 동일한 위상과 동일한 세기를 갖는 x축 편파와 y축 편파가 방사된다. 즉, 방사 캐비티(220a)에 의하여 x축 편파와 y축 편파가 왜곡되지 않을 뿐만 아니라, x축 편파와 y축 편파의 방사 밀도가 증가한다.

이처럼, 하나의 십자형 커플링 홀(255, 245, 235)로부터 공급되는 x축 편파와 y축 편파를 4개의 십자형 방사 슬롯(215a, 215b, 215c, 215d)을 통하여 방사하므로, 안테나(200)의 총 면적에 대한 전자기파(x축 편파와 y축 편파)를 방사하는 면적의 비율을 나타내는 방사 밀도가 대략 4배 증가할 수 있다.

그 결과, 안테나(200)에 의하여 방사되는 x축 편파와 y축 편파의 방향성이 크게 향상될 수 있다.

이상에서는 일 실시예에 의한 안테나(200)의 구조 및 동작에 대하여 설명하였다.

이하에서는 일 실시예에 의한 안테나(200)의 특성에 대하여 설명한다.

도 24는 일 실시예에 의한 안테나의 S-파라미터(s-parameter)를 도시하고, 도 25는 일 실시예에 의한 안테나의 이득(gain)을 도시한다. 이때, 도 24 및 도 25는 중심 주파수가 60GHz인 안테나를 기준으로 획득된 실험 자료이다.

도 24의 S11은 y축 편파에 대한 안테나(200)의 반사도를 나타낸다. 구체적으로, 제1 y축 편파 공급 슬롯(292)을 통하여 공급된 y축 편파의 진폭에 대한 제1 y축 편파 공급 슬롯(292)을 통하여 출력되는 y축 편파의 진폭의 비율을 나타낸다.

또한, 도 24의 S22는 x축 편파에 대한 안테나(200)의 반사도를 나타낸다. 구체적으로, x축 편파 공급 슬롯(291)을 통하여 공급된 x축 편파의 진폭에 대한 x축 편파 공급 슬롯(291)을을 통하여 출력되는 x축 편파의 진폭의 비율을 나타낸다.

여기서, 안테나에서 반사도가 낮은 것은 안테나를 통하여 많은 전력이 자유 공간으로 방사되었음을 나타낸다.

실험에 의하면, 도 24에 도시된 바와 같이 -10dB(반사되는 전자기파의 파워가 대략 10%)를 기준으로 x축 편파의 대역폭와 y축 편파의 대역폭은 각각 대략 4.2GHz이 된다. 즉, 안테나(200)는 중심 주파수(60GHz)를 기준으로 대략 7%의 광대역폭을 갖는다.

또한, 도 24의 S21은 x축 편파와 y축 편파 사이의 간섭을 나타낸다. 구체적으로, 제1 y축 편파 공급 슬롯(291)을 통하여 공급된 y축 편파의 진폭에 대한 x축 편파 공급 슬롯(291)을 통하여 출력되는 y축 편파의 진폭의 비율을 나타낸다.

y축 편파 공급 회로(y축 편파 공급 홀 및 y축 편파 웨이브 가이드)로부터 x축 편파 공급 회로(x축 편파 공급 슬롯 및 x축 편파 웨이브 가이드) 전달되는 전력이 적은 것은 x축 편파와 y축 편파의 간섭이 최소화됨을 나타낸다.

실험에 의하면, 도 24에 도시된 바와 같이 -10dB(반사되는 전자기파의 파워가 대략 10%)를 기준으로 한 동작 대역에서, 격리 정도는 대략 50dB 이상이다. 즉, 100000W의 y축 편파가 y축 편파 공급 회로를 통하여 공급될 때, 대략 1W의 y축 편파가 x축 편파 공급 회로를 통하여 출력된다.

도 25의 이득은 안테나의 이득을 의미하며, 일반적인 회로 이론에서의 이득과 상이하다. 안테나의 이득은 안테나가 방사하는 전자기파의 방향성으로 인하여 발생하는 상대적인 이득을 의미한다. 즉, 등방성 안테나(isotropic antenna)에 대하여 안테나가 특정한 방향으로 전자기파가 도달하는 거리의 비율을 의미한다.

따라서, 안테나의 이득이 큰 것은 안테나가 특정한 방향으로 더 멀리 전자기파를 방사할 수 있음을 의미한다. 즉, 안테나의 이득이 큰 것은 안테나의 방향성이 좋음을 의미한다.

실험에 의하면, -10dB(반사되는 전자기파의 파워가 대략 10%)를 기준으로 한 동작 대역에서, 일 실시예에 의한 안테나(200)는 32dBi(decibel isotropic) 이상의 이득을 갖는다.

일 실시예에 의한 안테나(200)는 각각의 편파를 방사하는 방사 슬롯을 공용으로 사용함으로써, 단일 편파를 사용하는 안테나와 동일한 면적에서 복수의 편파를 방사할 수 있다. 특히, 안테나(200)는 각 편파의 이득 및 편파 간의 격리가 우수하여 단일 편파 안테나와 비교하여 대략 2배의 데이터 전송율을 나타낼 수 있다.

또한, 일 실시예에 의한 안테나(200)는 유전체 등의 매질을 이용하지 않고, 도체만으로 구성되므로 70% 이상의 안테나 효율을 달성할 수 있다.

또한, 일 실시예에 의한 안테나(200)는 각각의 편파를 방사 슬롯까지 안내하는 웨이브 가이드를 별도의 층으로 마련하고, 각각의 편파가 직교하는 지점에서 편파를 혼합함으로써 편파 사이의 간섭을 최소화할 수 있다.

또한, 일 실시예에 의한 안테나(200)는 복수의 방사 슬롯이 형성된 방사 캐비티를 이용하여 안테나의 방사 밀도를 증가시키고, 안테나의 방향성을 향상시킨다.

이상에서는 개시된 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 개시된 발명으로부터 개별적으로 이해될 수 없다.

1: 차량 200: 안테나
210: 제1 플레이트 215a~215d: 십자형 방사 슬롯
220: 제2 플레이트 220a: 방사 캐비티
221: 방사 캐비티 형성 슬롯
230: 제3 플레이트 235: 제1 십자형 커플링 슬롯
240: 제4 플레이트 240a: 제1 y축 편파 웨이브 가이드
242: 제1 y축 편파 웨이브 가이드 형성 슬롯
245: 제2 십자형 커플링 슬롯
250: 제5 플레이트 252: 제5 y축 편파 공급 슬롯
253: y축 편파 커플링 슬롯 255: 제3 십자형 커플링 슬롯
260: 제6 플레이트 262: 제4 y축 편파 공급 슬롯
263: 제2 y축 편파 웨이브 가이드 형성 슬롯
270: 제7 플레이트 271: x축 편파 커플링 슬롯
272: 제3 y축 편파 공급 슬롯 280: 제8 플레이트
281: x축 편파 웨이브 가이드 형성 슬롯
282: 제2 y축 편파 공급 슬롯
290: 제9 플레이트 291: x축 편파 공급 슬롯
292: 제1 y축 편파 공급 슬롯

Claims

서로 직교하는 제1 및 제2 편파를 방사하는 방사부; 및
상기 방사부에 상기 제1 및 제2 편파를 공급하는 공급부를 포함하고,
상기 공급부는,
상기 제1 편파가 통과하는 제1 슬롯과 상기 제2 편파가 통과하는 제2 슬롯이 교차되어 형성되고 상기 제1 및 제2 편파를 상기 방사부로 공급하는 복수의 십자형 커플링 홀;
상기 제1 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀로 안내하는 제1 편파 웨이브 가이드; 및
상기 제2 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀로 안내하는 제2 편파 웨이브 가이드를 포함하는 안테나.
제1항에 있어서,
상기 제1 편파 웨이브 가이드에 상기 제1 편파를 공급하는 제1 편파 공급 슬롯으로부터 상기 복수의 십자형 커플링 홀 각각 사이의 거리는 동일하고, 상기 제2 편파 웨이브 가이드에 상기 제2 편파를 공급하는 제2 편파 공급 슬롯으로부터 상기 복수의 상기 복수의 십자형 커플링 홀 각각 사이의 거리는 동일하고,
상기 제1 편파 웨이브 가이드와 상기 제2 편파 웨이브 가이드는 서로 다른 층으로 형성된 안테나.
제1항에 있어서,
상기 제2 편파 웨이브 가이드는
상기 제2 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀에 공급하는 복수의 제2 편파 공급 웨이브 가이드; 및
상기 제2 편파를 상기 복수의 제2 편파 공급 웨이브 가이드에 분배하는 제2 편파 분배 웨이브 가이드를 포함하는 안테나.
제3항에 있어서,
상기 제2 편파 공급 웨이브 가이드와 상기 제2 편파 분배 웨이브 가이드는 서로 다른 층으로 형성되는 안테나.
제3항에 있어서,
상기 제2 편파 공급 웨이브 가이드는 상기 제1 편파 웨이브 가이드의 말단에 대응되는 위치에 마련되는 안테나.
제5항에 있어서,
상기 제2 편파 공급 웨이브 가이드의 말단은 상기 제1 편파 웨이브 가이드의 말단으로부터 상기 제1 및 제2 편파의 파장의 1/4만큼 더 연장되어 형성되는 안테나.
제6항에 있어서,
상기 제2 편파 공급 웨이브 가이드와 상기 제1 편파 웨이브 가이드의 폭은 상기 제1 및 제2 편파의 파장의 1/2이고, 상기 제2 편파 공급 웨이브 가이드와 상기 제1 편파 웨이브 가이드가 서로 중첩되는 폭은 상기 제1 및 제2 편파의 파장의 3/4인 것인 안테나.
제3항에 있어서,
상기 제1 편파 웨이브 가이드의 복수의 말단에는 상기 제1 편파를 상기 복수의 제2 편파 공급 웨이브 가이드에 통과하여 상기 복수의 십자형 커플링 홀에 공급하는 제1 커플링 슬롯이 형성된 안테나.
제8항에 있어서,
상기 복수의 제2 편파 공급 웨이브 가이드의 말단에는 상기 제1 편파 및 상기 제2 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀로 공급하는 십자형 커플링 슬롯이 형성된 안테나.
제1항에 있어서,
상기 방사부는 상기 제1 및 제2 편파를 방사하는 복수의 십자형 방사 슬롯이 형성된 복수의 방사 캐비티를 포함하는 안테나.
제10항에 있어서,
상기 복수의 방사 캐비티는 각각 상기 복수의 십자형 커플링 홀에 대응되어 마련되는 안테나.
서로 직교하는 제1 및 제2 편파를 방사하는 방사부; 및
상기 방사부에 제1 및 제2 편파를 공급하는 공급부를 포함하고,
상기 방사부는 상기 제1 및 제2 편파를 방사하는 복수의 십자형 방사 슬롯이 각각 형성된 복수의 방사 캐비티를 포함하고,
상기 공급부는 상기 제1 편파가 통과하는 제1 슬롯과 상기 제2 편파가 통과하는 제2 슬롯이 교차되어 형성되고 상기 제1 및 제2 편파를 상기 방사부로 공급하는 복수의 십자형 커플링 홀을 포함하는 안테나.
제12항에 있어서,
상기 방사 캐비티에는 4개의 십자형 방사 슬롯이 형성된 안테나.
제12항에 있어서,
상기 공급부는,
상기 제1 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀로 안내하는 제1 편파 웨이브 가이드; 및
상기 제2 편파를 상기 복수의 십자형 커플링 홀로 안내하는 제2 편파 웨이브 가이드를 더 포함하는 안테나.
복수의 금속 층을 포함하는 안테나에 있어서,
제1 및 제2 편파를 방사하는 방사 층; 및
상기 방사 층에 상기 제1 및 제2 편파를 공급하는 공급 층을 포함하고,
상기 방사 층은
상기 제1 및 제2 편파를 방사하는 복수의 십자형 방사 슬롯이 형성된 제1 방사 층;
상기 복수의 십자형 방사 슬롯에 대응되는 위치에 마련되는 방사 캐비티가 형성된 제2 방사 층; 및
상기 방사 캐비티에 상기 제1 및 제2 편파를 공급하는 십자형 커플링 슬롯이 형성된 제3 방사 층을 포함하는 안테나.
제15항에 있어서,
상기 공급 층은,
상기 제1 편파를 상기 십자형 커플링 슬롯으로 안내하는 제1 편파 웨이브 가이드가 형성되는 제1 편파 공급 층; 및
상기 제2 편파를 상기 십자형 커플링 슬롯으로 안내하는 제2 편파 웨이브 가이드가 형성되는 제2 편파 공급 층을 포함하는 안테나.
제16항에 있어서,
상기 제2 편파 공급 층은
상기 제2 편파를 상기 십자형 커플링 슬롯에 공급하는 제2 편파 공급 웨이브 가이드가 형성되는 제3 편파 공급 층; 및
상기 제2 편파를 상기 제2 편파 공급 웨이브 가이드에 분배하는 제2 편파 분배 웨이브 가이드가 형성되는 제4 편파 공급 층을 포함하는 안테나.
서로 직교하는 복수의 편파를 방사하는 방사부; 및
상기 방사부에 상기 복수의 편파를 공급하는 공급부를 포함하고,
상기 공급부는,
상기 복수의 편파를 상기 방사부로 공급하는 복수의 커플링 홀; 및
상기 복수의 편파 각각을 상기 복수의 커플링 홀로 안내하는 복수의 편파 웨이브 가이드를 포함하고,
상기 방사부는 상기 복수의 편파를 방사하는 복수의 십자형 방사 슬롯이 형성된 복수의 방사 캐비티를 포함하고,
상기 복수의 방사 캐비티는 각각 상기 복수의 커플링 홀에 대응되어 마련되는 안테나.
제18항에 있어서,
상기 복수의 편파 웨이브 가이드 각각은 서로 다른 층으로 형성된 안테나.
제18항에 있어서,
상기 복수의 편파 웨이브 가이드 각각에 편파를 공급하는 편파 공급 슬롯으로부터 상기 복수의 커플링 홀 각각까지의 거리는 동일한 안테나.
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