KR100317799B1 - 안테나 겸용 윈드실드 와이퍼 아암 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 광대역의 수신이 가능한 안테나 기능을 윈드 실드 와이퍼에 부여하여, 자동차나 항공기 선박등에 부착되는 안테나의 갯수를 줄임으로서, 안테나의 설계 및 제조와 관련된 비용을 절감시키고 운행 안전성을 확보할 수 있도록 한 윈드실드 와이퍼 아암에 관한 것으로, 아암 헤드; 상기 암헤드에 회동가능하게 결합되며 폐단면의 슬리브부를 구비하는 리테이너; 상기 리테이너의 단부에 전기 절연체를 매개로 결합되는 아암 피스; 일단은 상기 아암 피스에 도통가능하게 결합되며, 타단은 상기 아암 헤드에 전기 절연체를 매개로 결합되는 탄성체;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

안테나 겸용 윈드실드 와이퍼 아암{wind shield wiper arm}

본 발명은, 안테나의 기능을 부가한 윈드실드 와이퍼 아암에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다주파 광대역의 수신이 가능한 안테나 기능을 윈드 실드 와이퍼에 부여하여, 자동차나 항공기 선박등에 부착되는 안테나의 갯수를 줄임으로서, 안테나의 설계 및 제조와 관련된 비용을 절감시키고 운행 안전성을 확보할 수 있도록 한 윈드실드 와이퍼 아암에 관한 것이다.

자동차의 경우, AM/FM 라디오수신용 안테나는 FM 라디오 주파수의 1/4파장에 해당되는 길이를 갖는 포울(Pole)안테나를 별도로 설치하거나 자동차 뒷유리의 열선을 이용하고 있으며, 자동차 원격시동기나 도난경보기 또는 TSR 통신용 안테나등은 주파수 대역이 라디오와는 다르기 때문에 라디오 수신용 안테나외에 별도의 안테나를 부착하여 사용하고 있다.

또한, 항공기의 경우에는, 항공기의 운행과 관련된 VOR, ISL용 안테나를 별도로 부착하여 사용하고 있기 때문에, 안테나 설치와 관련하여 설계가 복잡하게 되고, 각각의 안테나를 별도로 제작하여 별개의 조립공정을 거쳐 조립하여야 함으로 인해 생산원가가 상승한다는 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 고려한 것으로, 종래에도 윈드실드 와이퍼에 안테나 기능을부가하는 기술이 제안된 바 있으나, 종래의 안테나 겸용 윈드실드 와이퍼는 와이퍼의 도체부를 단순 활용하는 것으로서, 기존의 포울 안테나 다시 말해 휩(Whip) 안테나를 와이퍼로 대체한 것에 불과해 다수의 통신기기가 사용되는 최근의 추세에 부응하지 못하였으며, 그 감도나 효율이 좋지 않아 아직까지 실용화되지 못하고 있다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 윈드실드 와이퍼 본연의 기능을 유지하면서, 다주파수용 슬리브 안테나의 기능을 수행할 있도록 하기 위한 윈드실드 와이퍼 아암을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예를 나타내는 사시도

도 2는 본 발명의 실시예를 나타내는 조립상태 단면도

도 3내지 도5는 와이퍼 아암 안테나의 주파수에 대한 반사계수의 시험표

도 6은 정관부하를 설치한 실시예

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10; 아암 헤드 20; 리테이너

30; 아암 피스 40; 절연체

50; 유전체 60; 스프링

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 안테나 겸용 윈드실드 와이퍼 아암은, 아암 헤드; 상기 암헤드에 회동가능하게 결합되며 폐단면의 슬리브부를 구비하는 리테이너; 상기 리테이너의 단부에 전기 절연체를 매개로 결합되는 아암 피스; 일단은 상기 아암 피스에 도통가능하게 결합되며, 타단은 상기 아암 헤드에 전기 절연체를 매개로 결합되는 탄성체;를 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 슬리브부의 내부에는 유전체가 구비되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 윈드실드 와이퍼 아암은, 단순한 포울 안테나와는 달리 직선도체의 외부에 슬리브가 설치되어 있는 수직편파 무지향성의 슬리브 안테나로 작용할 수 있게 되며, 따라서, 별도의 안테나를 설치하지 않고도 여러가지 상이한 주파수 영역대의 통신기기를 사용할 수 있게 된다.

아암 피스의 자유단부에는 사용주파수나 용도에 따라 적절한 형태의 정관 부하(Top Loading)를 설치함으로서, 실효길이를 증가시켜 고유주파수를 저하시키는 것이 가능하다.

또, 상기 리테이너나 상기 아암 피스는 전기 양도체로 구성하는 것이 안테나의 성능적 측면에서는 바람직하나, 제작 단가나 강도등을 종합적으로 고려할 때 이들을 강으로 구성하고 그 표면에 전기 양도체 도금층을 형성시키는 것이 더욱 바람직하다.

한편 우천시에는 빗물을 통해 신호가 접지로 바이패스되어 효율이 떨어질 수 있으므로, 도체의 표면을 방수성의 전기 절연체로 도포함으로서 그 효율 저하를 방지하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 나타내는 사시도, 도 2는 그 단면도를 나타내는 바, 아암 헤드(10)의 힌지공(11)에 힌지핀(12)를 매개로 리테이너(20)가 회동가능하게 결합되며, 리테이너(20)의 단부에 아암 피스(30)가 결합된다는 점에서는 일반적인 와이퍼 아암과 동일하나, 리테이너(20)의 개방부에 슬리브 플레이트(21)를 결합, 그 단면이 전기적으로 폐곡선을 이루도록 형성하고, 아암 피스(30)와 리테이너(20)의 결합부에 전기 절연체(40)을 설치하여 아암피스와 리테이너가 전기적으로 격리되도록 한다. 따라서, 리테이너 상의 폐단면부 즉, 슬리브부(26) 내측공간으로 직선 도체인 아암 피스(30)가 삽입되어 있는 상태가 된다.

본 실시예는 별도의 슬리브 플레이트를 리테이너의 개방부에 결합시켜 슬리브부(26)를 형성하였으나, 리테이너의 개방부를 프레스 절곡한 후 솔더링등에 의해 결합하여 형성하는 것도 가능하다.

슬리브부(26) 내부에는 길이방향으로 통공(51)이 형성되어 있는 유전체(50)가 배치되며, 통공(51)을 통해 스프링(60)이 설치된다.

스프링(60)의 일단부는 아암 피스(30)에 전기적으로 도통되도록 결합되고, 타단부는 아암헤드(10)와 전기적으로 절연되도록 결합됨으로서, 직선 도체인 아암 피스(30)가 도체인 스프링(60)에 의해 슬리브부(26)의 전체 길이에 걸쳐 연장 설치된 결과가 된다.

슬리브 내에 배치되는 유전체로는 폴리에틸렌이나 폴리우레탄 수지등이 사용될 수 있으며, 별도의 유전체를 배치하지 않고 공기를 유전체로 사용하는 것도 가능하다.

스프링과 아암헤드의 절연 결합은, 아암헤드의 훅(13)을 부도체로 형성하여 이 훅에 스프링을 걸어주거나, 훅과 스프링 사이에 별도의 부도체 매개물을 설치함으로서 가능하게 된다.

미설명 부호 22, 23, 24, 25는 슬리브 플레이트(21)를 리테이너(20)에 결합시키기 위한 볼트, 너트 및 와셔를 나타낸다.

일반적으로, 윈드실드 와이퍼 아암은 견고한 기계적 강도를 얻기 위해 철이나 강철과 같은 재질을 사용하여 제작하나, 철이나 강은 미약한 전자파를 수신하는 안테나의 재료로는 부적당하므로, 효율이 좋은 안테나로 동작하기 위해서는 양도체인 구리, 은, 알루미늄등으로 도금하여 사용하는 것이 바람직하며, 우천시 차체와의 절연을 위해 방수용 절연체를 도포하면, 접지를 통해 누설되는 전파를 최소화 시킬 수 있게 됨은 물론, 와이퍼 아암 자체의 부식을 방지하는 효과를 얻게 되며, 기존의 검정색 부식 방지용 도포제외에 임의 색상의 도료를 사용하는 것이 가능하기 때문에 이동체의 색상과 조화되는 색상의 와이퍼아암의 제작이 가능하게 된다.

한편, 자동차나 항공기등과 같은 이동체에는 복수의 윈드실드 와이퍼가 설치되는 것이 일반적인 데, 각각의 와이퍼 아암을 본원의 안테나 겸용 윈드실드 와이퍼 아암으로 구성하여 잘 알려져 있는 다이버서티법을 이용하여 결합하여 사용하면, 1개의 안테나를 이용하는 경우보다 고감도 고효율의 수신이 가능하게 되며 잡음 발생을 최소화할 수 있게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 와이퍼 아암의 각 구성 부품은 와이퍼 본연의 기능을 수행함과 동시에, 다주파용 슬리브 안테나의 구성요소와 전기적인 대응관계가 성립되도록 그 기능을 수행하게 된다.

다주파용 슬리브 안테나란, 슬리브 바깥쪽 표면은 전자파를 복사하는 안테나로 동작하고, 슬리브 안쪽부분과 슬리브내 금속도체는 임피던스 정합회로로 동작하도록 형성된 안테나로서, 주파수에 따라 슬리브의 리액턴스가 인덕턴스 또는 커패시턴스로 작용하기 때문에 공진 주파수를 다양하게 변화시킬 수 있게 되는 것으로, 본 발명의 아암 피스(30) 및 이에 전기적으로 결합된 스프링(60)은 다주파용 슬리브 안테나의 금속도체부분에 해당되고, 슬리브부(26)는 다주파용 슬리브 안테나의 슬리브에 해당된다.

한편, 본 발명의 와이퍼 아암을 실제 적용할 경우에는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 동축 급전선((80)의 내도체(81)를 스프링(60)의 단부에 접속(급전점에 해당 )하고, 동축 급전선의 외도체(82)는 리테이너(20)에 접속하여 사용하게 되는 바, 리테이너는 아암 헤드를 통해 차체에 결합되어 접지 효과를 나타내게 된다.

도 3내지 도 5는 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 안테나 겸용 윈드실드 와이퍼 아암의 안테나 성능 시험 결과로, 주파수에 따른 반사계수의 변화를 도시한 것이다.

즉, 도 6은, 윈드실드 아암의 전체길이(급전점으로부터 아암 피스 단부까지의 길이)를 0.5m, 슬리브부 길이 0.15m로 하고, 슬리브부내 내부도체를 직경 3.1mm, 길이 0.125m로 하여 구성하여 시험한 결과로서, 마크2에서 주파수 150.40MHz(중심주파수)일 때 반사계수 -10.7dB, 대역폭 약 100MHz의 단일 주파수 광대역 안테나로 동작하게 된다.

도 7은, 전체길이나 슬리브부의 길이는 도 6과 같이 하고, 내부도체를 직경 3.1mm, 길이 0.3m의 도체를 10회 권회한 스프링으로 제작하여 시험한 결과로, 마크1에서 주파수 163.0MHz일 때 반사계수 -7.84dB, 마크2에서 주파수 1.03GHz일 때 반사계수 -8.64dB, 마크3에서 주파수 1.64GHz일 때 반사계수 -7.71dB로 다주파수용 안테나로 작동되고 있음을 나타낸다.

도8은, 전체길이나 슬리브부의 길이는 도 6과 같이 하고, 내부도체를 직경 1.65mm, 길이 0.2m의 도체를 5회 권회한 스프링으로 제작하여 시험한 결과로, 마크1에서 주파수 179.5MHz일 때 반사계수 -9.23dB, 마크2에서 주파수 1.14GHz일때 반사계수 -4.03dB, 마크3에서 주파수 1.60GHz일 때 반사계수 -7.19dB로 이 역시 다주파수용 안테나로 작동되고 있음을 나타낸다.

상기한 시험 결과로 부터 알 수 있듯이, 본원 발명에 따르면, 전체 길이나, 슬리브부의 길이가 일정하게 고정되어 있어도, 다주파용으로 동작하는 안테나를 설계할 수 있게 되며, 탑재부의 조건에 따라 전체길이나 슬리브부의 길이가 한정된다 하여도, 사용 주파수나 용도등의 목적에 따라, 슬리브부에 충전되는 유전체의 종류, 슬리브부내 도체의 굵기와 형상등을 적절히 설계하여 원하는 공진주파수를 얻을 수 있게 된다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 아암 피스의 단부에 사용주파수나 용도에 따라 적절한 형태의 정관 부하(Top Loading;71, 72)를 설치함으로서, 실효길이를 증가시켜 고유주파수를 저하시키는 것이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나 겸용 윈드실드 아암에 의하면, 다주파 광대역의 수신이 가능하여, 자동차나 항공기 선박등에 부착되는 안테나의 갯수를 줄일 수 있으므로, 안테나의 설계 및 제조와 관련된 비용을 절감시키고 운행 안전성을 확보할 수 있게 된다.

또한, 이동체의 외측으로 돌출되는 별도로 안테나에 의한 공기 저항을 최소화시킬 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 아암 헤드;

   상기 암헤드에 회동가능하게 결합되며 폐단면의 슬리브부를 구비하는 리테이너;

   상기 리테이너의 단부에 전기 절연체를 매개로 결합되는 아암 피스;

   일단은 상기 아암 피스에 도통가능하게 결합되며, 타단은 상기 아암 헤드에 전기 절연체를 매개로 결합되는 탄성체;를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 겸용 윈드실드 와이퍼아암.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 슬리브부의 내부에 유전체가 구비되는 것을 특징으로 하는 안테나 겸용 윈드실드 와이퍼 아암.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 아암 피스의 자유단부에 정관 부하가 설치되는 것을 특징으로 하는 안테나 겸용 윈드실드 와이퍼 아암.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 리테이너와, 상기 아암 피스중 적어도 어느 하나의표면에는 전기 양도체 도금층이 구비되는 것을 특징으로 하는 안테나 겸용 윈드실드 와이퍼 아암.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 윈드실드 와이퍼 아암의 표면에 방수용 절연체를 도포하는 것을 특징으로 하는 안테나 겸용 윈드실드 와이퍼 아암.