KR20030092597A - 위성 라디오 방송 수신용 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 위성 라디오 방송 수신용 안테나는, 좌우 편파를 수신하기 위한 이등변 삼각형 형상의 패치판과, 그 이등변 삼각형 패치판의 하부에 소정 간격 이격되게 설치되는 원형의 반사판과, 상기 패치판의 소정 위의 급전점에 연결되어 상기 원형 반사판을 관통하는 하나의 급전선과, 상기 원형 반사판의 하면에 부착 설치되고 상기 하나의 급전선으로부터 수신되는 위성신호에서 좌우편파를 동시에 검출하기 위한 LNA 회로부를 포함하여 상하부 케이스에 수납되어 구성된다. 본 발명은 한 종류의 정전압(3.1V)만을 사용하여 좌편파와 우편파를 수신하여 처리할 수 있음에 따라 회로를 간략화할 수 있으며, 선로에서의 손실을 줄임으로써 더욱 향상된 수신감도 특성을 제공할 수 있다.

Description

위성 라디오 방송 수신용 안테나{Antenna for receiving radio broadcasting of satellite}

본 발명은 위성 라디오 방송 수신을 위한 안테나에 관한 것으로, 특히 안테나의 수신 감도를 향상시키고 단순 구조의 안테나를 제공할 수 있도록 한 위성 라디오방송 수신용 안테나에 관한 것이다.

일반적인 위성방송 시스템은, 텔레비전 방송과 라디오 방송이 있는데 텔레비전 방송은 통상 파라볼라 안테나를 사용하고 라디오 방송 수신용 안테나는 소형의 평면형 위성안테나를 사용하고 있다.

위성방송은 지상 방송국에서 발사된 방송신호를 약 35,000-36,000Km 적도상공의 정지궤도 상에 위치한 방송위성이 이를 중계하여 지상으로 재발사하고, 이를 안테나를 이용하여 각 가정에서 수신하는 형태인데, 기존의 VHF 및 UHF 전파에 비해 지상에 미치는 전파의 강도가 대단히 미약하기 때문에 양질의 안테나가 필요할 뿐만 아니라, 장거리에 위치한 방송위성으로부터 방송신호를 수신하기 위해서는 안테나의 설치 위치 혹은 각도가 VHF 및 UHF 수신 안테나에 비해 훨씬 정확해야 된다.

위성 라디오 방송 수신용 안테나는 방송위성에서 발사된 신호를 일차로 수신하는 반사판과 패치 및 급전부와 LNA(Low Noise Amplifier)가 장착된 위성 안테나가 구성되고, 튜너가 내장된 라디오로 연결되어 위성 라디오 방송을 수신할 수 있도록 되어 있다.

도 1은 종래의 위성 방송 수신용 안테나의 개략적인 모형도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 위성방송 수신용 안테나는, 좌우 편파를 수신하기 패치판의 구조가 사각원판의 패치판(10) 중앙부에 대각선 방향으로 소정길이의 장공이 패치홈(11)으로 형성되고 그 패치판(10)의 하부에 반사판(20) 및 급전선(30)이 설치되며, 그 하부에 LNA회로(40)가 설치되어 좌우편파를 수신하여 위성신호를 수신하도록 구성된다. 도면의 50, 60은 케이스를 가상적으로 나타낸다.

도 2는 도 1에 도시된 LNA 회로부(40)의 상세 구성 블록도이다.

도 2를 참조하면, LNA 회로부(40)는, 좌우 편파 수신용 급전선(30)을 통해서 수신되는 신호를 각각 필터링하고 증폭하는 제 1, 제 2 필터(41a)(42b) 및 제 1, 제 2 증폭부(42a)(42b)와, 제 1, 제 2 증폭부(42a)(42b)의 출력신호의 좌우 전압을 매칭시키는 제 1, 제 2 매칭부(43a)(43b)와, 제 1, 제 2 매칭부(43a)(43b)의 출력신호를 필터링하여 증폭시키는 출력증폭부(44)와, 그 출력증폭부(44)의 출력신호에서 주변간섭신호를 제거하기 위해 필터링하여 출력단자를 통해 출력하는 제 3 필터부(45)와, 출력단자로부터 전압을 입력받아 좌,우 편파를 선택하기 위한 선택 전압을 발생하는 선택전압 발생부(46)와, 선택전압 발생부(46)의 출력전압에 의해 제 1 증폭부(42a)의 출력신호를 제 1 매칭부(43a)로 또는 제 2 증폭부(42a)의 출력신호를 제 2 매칭부(43b)로 각각 전달/차단을 선택 제어하는 제 1, 제 2 스위칭부(47a)(47b)와, 선택전압 발생부(46)의 출력전압을 일정한 정전압으로 발생시켜 출력 증폭부(45)의 바이어스 전압으로 공급하는 정전압부(48)로 구성된다.

이와 같이 구성된 LNA회로부(40)의 동작을 살펴보면, 좌우 급전선(11)(12)으로부터 수신되는 신호를 각각 제 1, 제 2 필터부(41a)(41b)에서 각각 신호를 수신하여 외부간섭신호를 제거하는 필터링을 한다. 프리필터(Pre-Filter)(Q12)(Q13)와 콘덴서 및 코일 필터에 의해 필터링 한다. 입력단의 제 1, 제 2 필터부(41a)(41b)에서 필터링된 신호는 각각 제 1, 제 2 증폭부(42a)(42b)에 의해 증폭된다. 제 1,제 2 증폭부(42a)(42b)는 트랜지스터 바이어스 조절용 콘덴서, 저항 및 가변저항과 트랜지스터(Q1, Q3)로 이루어져 입력신호의 증폭 작용을 하게 된다.

제 1, 제 2 증폭부(42a)(42b)에서 증폭된 신호를 각기 제 1, 제 2 매칭부(43a)(43b)를 통하여 좌우 신호의 전압을 매칭시킨 후 출력 증폭부(44)에 입력하게 된다. 제 1, 제 2 매칭부(43a)(43b)는 좌우 신호의 전압 밸런스를 매칭시키는 것으로서 이는 좌우 편파를 수신하기 위한 수신신호의 전압이 각각 약 2.3V, 3.1V로 서로 차이가 나기 때문이다.

출력 증폭부(44)는 콘덴서, 인덕터 및 코일필터를 통하여 필터링한 후 콘덴서 및 저항과 트랜지스터(Q2)에 의해 증폭한다. 그 증폭된 신호는 콘덴서 및 코일 필터를 통한 후 대역통과필터(Q14)를 통하여 출력신호를 필터링한 후 콘덴서를 통하여 출력단자(OUTPUT)에 출력하게 된다.

이때, 출력단자의 전압은 선택전압 발생부(46)에 입력되어 전압발생기(Q9)에 의해 좌우 편파 선택을 위한 신호를 출력하게 된다. 좌우편파의 선택은 좌편파(LHCP)는 2.3V, 우편파(RHCP)는 3.1V 전압에 의해 선택하게 된다. 선택전압 발생기(Q9)에서 2.3V와 3.1V를 선택전압으로 출력하게 되고, 이는 제 1, 제 2 선택 스위칭부(47a)(47b)를 동작시켜 좌우 편파를 선택하게 된다.

예를 들어 2.3V의 전압이 출력되면, 제1 선택 스위칭부(47a)의 트랜지스터(Q6)와 제2 선택스위칭부(47b)의 트랜지스터(Q8)는 턴오프된다. 제1 선택스위칭부(47a)의 트랜지스터(Q6)가 턴오프되면, 저항을 통하여 바이어스 되는 전압에 의해 트랜지스터(Q7)가 턴온되고, 그 트랜지스터(Q7)의 턴온에 의해 PNP트랜지스터(Q4)가 턴온되어 선택전압 발생부(47)에서 출력되는 전압이 저항, 트랜지스터(Q4) 코일 필터를 통하여 제 1 증폭부(42a)의 출력신호에 바이어스 전압을 인가해주므로 좌편파신호가 선택된다. 이때, 제 2 선택 스위칭부(47b)의 트랜지스터(Q8)가 턴오프 되면, PNP트랜지스터(Q5)도 턴 오프 상태로서 제 2 증폭부(42b)의 출력에는 바이어스 전압이 인가되지 못하므로 우편파는 선택되지 않는다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 좌편파 만 수신된다.

한편, 선택 전압 발생부(46)에서 3.1V전압이 출력되는 경우, 제1 선택 스위칭부(47a)의 트랜지스터(Q6)와 제 2 선택 스위칭부(47b)의 트랜지스터(Q8)는 모두 턴온된다. 이에 따라 제 2 선택 스위칭부(46b)의 트랜지스터(Q8)가 턴온되면 PNP트랜지스터(Q5)가 턴온되어 출력단자의 출력전압이 코일 필터를 통하여 제 2 증폭부(42b)의 출력신호에 바이어스 전압을 인가하게 되어 우편파가 선택된다. 이때 제 1, 선택스위칭부(47a)의 트랜지스터(Q7)의 베이스 전압이 바이패스되어 그 트랜지스터(Q7)가 턴오프 되므로 PNP트랜지스터(Q4)도 턴오프 상태로서 제 1 증폭부(42a)의 출력신호에 바이어스를 가하지 못하여 좌편파는 선택되지 않는다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 우편파만 수신된다.

따라서 출력단자의 전압에 의해 선택전압 발생부(46)의 출력 전압이 2.3V 또는 3.1V로서 출력하게 되고 그 선택전압에 의해 좌편파 신호 또는 우편파 신호가 선택되어 증폭 및 필터링 후 출력된다.

이와 같이 종래의 LNA 회로부의 경우 두 개의 급전선에 의해 좌편파 신호 및 우편파 신호를 수신하여 처리함에 따라, 각각의 급전선을 통해 수신된 신호를 필터링하기 하기 위한 필터부와, 필터링된 신호를 증폭하기 위한 증폭 회로와, 스위칭 회로가 2 배수가 필요하고, 좌편파 신호 또는 우편파 신호중에서 하나의 신호를 선택하기 위한 선택회로부가 구비됨에 따라 회로의 규모가 커지고 고가인 문제점이 있다.

또한, 종래 평판 안테나는, 좌우 편파를 입사받기 위한 패치홈(2)이 하나의 장공형태로 구성되어 있고 그 패치홈(2)의 양단부에서 입사되는 신호를 좌우편파 신호로서 수신하는 구조이므로 분리 구성되지 않고 하나의 구조로 패치홈이 형성되어 있기 때문에 좌우 편파의 간섭이 발생될 수 있어서 수신감도가 떨어지는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 하나의 LNA회로를 이용하여 좌우편파를 동시에 수신할 수 있도록 한 위성 라디오 방송 수신용 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 위성방송 수신용 안테나의 구조도.

도 2는 도 1의 LNA 회로부의 구성블록도.

도 3 및 도 4는 종래의 위성 방송 수신용 안테나에서 검출되는 좌편파 또는 우편파의 검출 파형도.

도 5는 본 발명에 의한 위성방송 수신용 안테나의 구조를 설명하기 위한 분해 사시도.

도 6은 도 5의 정단면도.

도 7은 도 5에서 패치판의 구조를 보여주는 평면도.

도 8은 도 5에 도시된 본 발명에 의한 위성방송 수신용 안테나의 LNA 회로도.

도 9는 본 발명에 의한 위성방송 수신용 안테나의 수신 특성을 나타낸 그래프.

도 10은 본 발명에 따른 라디오 수신용 안테나에서 각 대비 이득을 보여주는 스미스 챠트.

도 11은 본 발명에 따른 라디오 수신용 안테나에서 주파수 대비 이득 특성을 보여주는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 패치판11 : 패치홈

20 : 반사판30 : 급전선

40 : LNA 회로41a, 41b : 제1, 제2 입력필터

42a, 42b : 제1, 제2 증폭부43a, 43b : 제1, 제2매칭부

44 : 출력 증폭부45 : 출력 필터부

46 : 선택 전압 발생부47a, 47b : 제1, 제2 선택 스위칭부

48 : 정전압부50, 60 : 상, 하부 케이스

100 : 상부 케이스200 : 이등변 삼각형 패치판

400 : 원형 반사판 600 : LNA 회로부

610 : 전치 필터부620 : 전치 증폭부

630 : 필터부640 : 출력 증폭부

650 : 정전압부700 : 하부 케이스

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위성 라디오 방송 수신용 안테나는, 위성 라디오 방송 수신용 안테나에 있어서, 상부에 이등변 삼각형 패치판을 형성하고, 그 패치판의 하부에 소정 간격 이격되게 원형 반사판을 형성하며, 상기 이등변 삼각형 패치판상에 이등변 삼각형의 밑변에 대응된 꼭지점에서 밑변의 중점으로 내린 가상의 중심선상에 있는 하측 일 지점에 하나의 급전점을 형성하고, 그 급전점으로부터 상기 원형 반사판을 관통하는 하나의 급전선이 설치되고, 상기 원형 반사판의 하면에 상기 하나의 급전선으로부터 좌우편파신호를 단일 회로로 수신하여 튜너에서 처리할 수 있도록 하는 LNA회로가 설치되며, 상기 각 부재들은 원호형의 상부 케이스와 하부 케이스내에 고정하여 설치됨에 특징이 있다.

여기에서 LNA 회로부는, 상기 하나의 급전선으로부터 수신되는 좌우 편파 신호를 필터링하는 전치 필터부와, 상기 전치 필터부에 의해 필터링된 신호를 증폭하는 전치 증폭부와, 상기 전치 증폭부의 출력신호에서 주변간섭신호를 제거하기 위해 필터링하는 필터부와, 상기 필터부에 의해 필터링된 신호를 상기 튜너로 전송하기 위해 증폭하는 출력 증폭부와, 상기 전치 증폭부 및 상기 출력 증폭부에 정전압의 바이어스 전압을 공급하는 정전압부를 포함하여 구성된 점에 그 특징이 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 의한 위성 안테나의 구조를 보인 개략적인 사시도이고, 도 6은 도 5의 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 위성 라디오 방송 수신용 안테나는, 좌우 편파를 수신하기 위한 이등변 삼각형 형상의 패치판(200)과, 그 아래에 소정의 간격으로 이격되어 원형 반사판(400)이 하부에 놓여진다. 그 원형 반사판(400)의 하면에는 상기 패치판(200)으로부터 수신되는 위성신호를 튜너에서 수신 처리할 수 있도록 변환시키는 LNA회로부(600)가 설치된다. 상기 패치판(200)의 소정 위치의 하나의급점점에 하나의 급전선(220)이 연결되어 상기 원형 반사판(400)을 절연되게 관통하여 하면의 LNA회로부(600)에 연결된다.

상기 각부는 원호형의 상부 케이스(100)와 하부 케이스(700) 내에 설치되며,상부 케이스(100)와 하부 케이스(700)에는 다수의 나사 결합 보스 및 나사공을 형성하여 나사 결합으로 고정하되, 상기 이등변 삼각형 형상의 패치판(200)은 상부 케이스(100) 내측면에 고정되고, 상기 원형 반사판(400)은 하부 케이스(700)의 내측 상면에 고정된다.

도 7은 도 5에서 본 발명에 의한 위성방송 수신용 안테나의 구조를 설명하기 위한 평면 투시도이다.

상기 패치판(200)은 원형의 얇은 금속판으로서 급점점(201)은 이등변 삼각형의 정점으로부터 하면에 내린 중점의 연장선상에서 하측 일 지점에 위치한다. 상기 급전점(201)에 연결되는 하나의 급전선(220)은 상기 원형 반사판(400)을 관통하여 LNA회로부(600)에 연결된다.

도 8은 도 5의 LNA 회로부의 구성 블록도이다.

도시된 바와 같이, 패치판에 설치된 하나의 급전선으로부터 수신되는 좌우 편파 신호를 필터링하는 전치 필터부(610)와, 전치 필터부(610)에 의해 필터링된 신호를 증폭하는 전치 증폭부(620)와, 전치 증폭부(620)의 출력신호에서 주변간섭신호를 제거하기 위해 필터링하는 필터부(630)와, 필터부(630)에 의해 필터링된 신호를 튜너로 전송하기 위해 증폭하는 출력 증폭부(640)와, 전치 증폭부(620) 및 출력 증폭부(640)에 정전압의 바이어스 전압을 제공하기 위한 정전압부(650)로 이루어진다.

전치 필터(610)는 하나의 급전선으로부터 수신된 좌우편파신호를 대역통과 필터(Q21)와 콘덴서를 통하여 필터링을 수행한다.

전치 필터(610)에서 필터링된 신호는 전치 증폭부(620)에 의해 증폭된다. 전치 증폭부(620)는 트랜지스터 바이어스 조절용 콘덴서, 저항 및 가변저항과 트랜지스터(Q1)로 이루어져 입력신호의 증폭작용을 하게 된다.

전치 증폭부(620)에서 증폭된 신호를 필터부(630)에서 필터링한 후 출력 증폭부(640)에 입력하게 된다.

출력 증폭부(640)는 콘덴서 및 저항과 트랜지스터(Q24)에 의해 증폭한다. 그 증폭된 신호는 콘덴서(C11, C12)를 통해 출력 단자(OUTPUT)에 출력하게 된다.

정전압부(650)는 출력단자의 전압을 입력으로 인가받아 소정의 정전압(3.1V)을 발생시켜 전치 증폭부(620) 및 출력 증폭부(640)의 풀업 전압으로 공급하여 출력 신호를 증폭할 수 있도록 한다.

여기에서 콘덴서(C13 - C17, C20, C21)는 전압 안정화를 위해 설치된 것이다.

도 9는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 라디오 수신용 안테나에 의해 수신 신호 특성을 보여주는 그래프이다. 도시된 바와 같이 좌편파와 우편파가 동시에 검출됨을 확인할 수 있다. 이는 종래의 위성 라디오 수신용 안테나에서 LNA회로가 좌편파 수신회로와 우편파 수신회로 및 이들의 선택회로가 필요한 것에 비해 단일 회로로서 좌우 편파를 수신할 수 있게 되는 것이다.

도 10은 본 발명에 따른 라디오 수신용 안테나에서 각 대비 이득을 보여주는 것으로, 도시된 바와 같이 좌우편파가 같은 이득으로 동시에 검출되었음을 볼 수 있다. 이득에 있어서도 빔폭이 좌우 35°정도의 넓은 각도에 걸쳐 30㏈의 높은 이득을 보여 주고 있다. 이는 종래의 경우 좌우 빔폭이 5°에 미치는 것에 비하면 높은 수신특성을 보여주는 것이다.

도 11은 본 발명에 따른 위성 라디오 방송 수신용 안테나에서 주파수 대비 이득특성을 보여주는 그래프이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 라디오 수신용 안테나에서는 이등변 삼각형의 패치판과 LNA 회로부에 의한 이득특성을 살펴보면, 1450 - 1490 ㎒에서의 위성신호 상용 주파수에서의 평균이득이 30㏈ 이상인 높은 이득을 보여주고 있다.

이와 같은 특성도 및 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 라디오 수신용 안테나에서는 하나의 급전선만으로도 좌편파 우편파를 처리할 수 있고, 그 이득도 상당히 큼에 따라 상당히 개선된 안테나 특성이 산출됨을 확인할 수 있다.

본 발명의 위성 안테나는 1452 ∼ 1492 MHz 월드스페이스(WS)용으로서 이는 PCS용 주파수 약 1460MHz의 대역이 포함되어 있으므로, 입력단의 필터와 출력단의 필터를 사용하여 외부간섭신호를 필터링하고 원하는 위성신호만을 수신할 수 있도록 한다.

이와 같은 본 발명에 의한 위성 안테나는, 이등변 삼각형의 패치판을 사용하고 그 패치판에 하나의 급전점을 형성하여 LNA 회로부에 연결함으로써 한 종류의 정전압(3.1V)만을 사용하여 좌편파와 우편파를 수신하여 처리할 수 있음에 따라 회로를 간략화할 수 있으며, 선로에서의 손실을 줄임으로써 더욱 향상된 수신감도 특성을 제공할 수 있다.

Claims (4)

1. 위성 라디오 방송 수신용 안테나에 있어서,

   위성신호를 수신하기 위한 이등변 삼각형 형상의 패치판과, 그 패치판의 하부에 소정 간격 이격되어 설치되는 반사판과, 상기 반사판의 하면에 고정되어 수신되는 위성신호를 튜너에서 수신 처리할 수 있도록 좌우편파를 동시에 수신처리하는 LNA 회로부와, 상기 패치판의 소정 부위에 연결되고 상기 반사판을 관통하여 상기 LNA회로부에 연결되는 하나의 급전선을 포함하여, 상기 각 부는 상하부 케이스 내에 설치된 것을 특징으로 하는 위성 라디오 방송 수신용 안테나.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반사판은,

   소정 직경의 원형 반사판인 것을 특징으로 하는 위성 라디오 방송 수신용 안테나.
3. 제 1항에 있어서, 하나의 급전선이 연결되는 패치판의 급전점은,

   수신되는 위성신호중 좌편파 또는 우편파의 신호특성 조절에 따라 그 위치가 설정된 것을 특징으로 하는 위성 라디오 방송 수신용 안테나.
4. 제 1항에 있어서, 상기 LNA 회로부는,

   상기 하나의 급전선으로부터 수신되는 좌우 편파 신호를 필터링하는 전치 필터부와,

   상기 전치 필터부에 의해 필터링된 신호를 증폭하는 전치 증폭부와,

   상기 전치 증폭부의 출력신호에서 주변간섭신호를 제거하기 위해 필터링하는 필터부와,

   상기 필터부에 의해 필터링된 신호를 상기 튜너로 전송하기 위해 증폭하는 출력 증폭부와,

   상기 전치 증폭부 및 상기 출력 증폭부에 정전압의 바이어스 전압을 공급하는 정전압부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 위성 라디오 방송 수신용 안테나.