반사형 컨포멀 안테나 기술

Ⅰ. 제안기술 개요

기술의 내용 기술의 동향 기술의 제품화 및 시장 전망

n 반사판 표면에 배치한 배열 소자 각각의 반사 위상 값 조절을 통해 안테나 개구면의 위상 분포를 제어하여 평면 뿐 아니라 곡면과 같은 임의의 형태를 갖는 도체 표면을 반사판으로 적용 가능한 기술

n 초고속 도체 평판 형 반사배열 설계/성능 예측 시뮬레이터

n 밀리미터파 대역 고이득 안테나 성능측정 기술

[국내동향] 대용량 고화질의 콘텐츠를 더 빠른 속도로 전송하기 위해 이동통신 주파수 대역이 밀리미터 대역으로 높아지는 추세임. 고이득 안테나로는 접시 형 반사판 안테나가 주를 이룸.

[해외동향] 이동 통신과 더불어 더 작은 표적을 탐지하기 위한 밀리미터-테라헤르츠 고해상도 레이더에 대한 연구가 진행 중임. 위성 탑재를 위한 평판 형 반사배열 안테나에 대한 다양한 시도가 진행 중임.

이동통신, 레이더의 동작 주파수 대역이 밀리미터 대역으로 증가함에 따라 이대역에서 동작하는 고이득, 다기능 안테나의 수요가 증가할 것으로 판단됨.

장착성이 용이한 평면 또는 곡면형 반사판을 적용함으로써 이동/위성 통신 시장에 사용 중인 기존의 접시 형 반사판 안테나를 대체할 것으로 기대됨.

상용화단계일반 ①아이디어 ②연구단계 ③개발단계 ❹개발완료(시제품) ⑤제품화 단계

의약바이오

①라이센싱 ②개발단계 ③제품화 단계

핵심키워드한글 반사배열 안테나, 밀리미터파, 컨포멀 안테나

영문 Reflectarray antenna, Millimeter wave, Conformal antenna

Ⅱ. 기술개발자 정보

기관명 국방과학연구소 부 서 국방고등기술원

성 명 이우상 직 급 연구원

전 화 042-821-2548 이메일 wslee@add.re.kr

Ⅲ. 특허정보

특허현황 사업화대상기술 관련특허 총 2 건

상세현황

구 분 상 태 출원(등록)일자 권리번호 특허명

대상기술 □출원■등록 2014.06.1010-14080

70반사배열 안테나

대상기술 ■출원□등록 2014.06.2610-2014-

0077567반사안테나

대상기술 □출원■등록 2014.12.30. - 소프트웨어(7건)

1. 기술성 분석

1. 기술의 내용 및 특징

◦ 본 기술은 반사판 표면에 배치한 배열 소자 각각의 반사 위상 값 조절을

통해 안테나 개구면의 위상 분포를 제어하여 평면 뿐 아니라 곡면과 같은 임의

의 형태를 갖는 도체 표면을 반사판으로 적용 가능한 반사형 컨포멀 안테나 기

술임.

- 초고속 도체 평판 형 반사배열 설계/성능 예측 시뮬레이터 기술을 포함함.

- 밀리미터파 대역 고이득 안테나 성능측정 기술을 포함함.

◦ 특징

- 반사판 안테나를 평면 또는 특정 곡면에 제작 가능

- 이동형 플랫폼 표면을 컨포멀 안테나로 직접 활용

- 50 dBi 이상의 고이득 도체 평판 반사배열 안테나용 고속 시뮬레이터

- 밀리미터 대역 컴팩트 레인지를 이용한 대형 안테나 성능 측정

- 배열안테나의 장점인 빔 포밍 기술 접목 가능

<기존 고이득 반사안테나>

(컨포멀 개념도) (성능검증용 시제품)

<컨포멀 반사안테나 (특허 1)>

(반사위상 특성) (성능검증용 시제품)

<비공진 도체 셀 반사안테나 (특허 2)>

2. 기술의 수준

◦ 모방용이성(기술의 난이도)

- 기본적인 안테나의 구조 및 동작 원리는 리버스 엔지니어링을 통해 모방

가능하지만, 고이득 안테나 성능 예측 및 최적화 수치해석 프로그램은 5년

이상의 지속적인 연구가 필요함

<안테나 성능 예측 및 최적화 프로그램>

◦ 회피비용(회피설계비용)

- 시뮬레이터 및 측정 시스템 구축에 20억원 예상

◦ 대체기술 존재 여부

- 기판 형 반사배열 안테나, Inflatable 반사배열 안테나 등이 유사한 기술

이나 각각 평판 및 천 재질로 한정된 동작

◦ 경쟁자에게 미치는 영향

- 기존 반사판 안테나 대비 우수한 장착성, 운용성으로 밀리미터 대역 통신,

레이더용 안테나로 활용 가능

◦ 기술수명

- 밀리미터-테라헤르츠 분야의 기술 발전에 맞춰 향후 수십 년간 다양한

분야에 적용 예상

- 독자 기술로 개발한 안테나 설계 시뮬레이터는 향후 10년 이상 수명 기

대

3. 기술의 필요성

◦ 파급성

- 차량, 함정, 항공기용 컨포멀 안테나 적용 가능

- 위성 통신용 고이득 안테나로 기존 반사판 안테나 대체

- 밀리미터 대역 이동통신용 기지국 안테나, 무선 백홀 안테나 활용 기대

- 의료용 밀리미터-테라헤르츠용 안테나 적용 가능

<적용 가능 분야>

◦ 고객에게 미치는 영향

- 밀리미터 대역 고이득 안테나를 통해 원거리 대용량 통신 가능

- 고이득 밀리미터파 안테나의 빠른 설계 및 성능측정 가능

◦ 연구개발지원

- 밀리미터파-테라헤르츠 대역의 다양한 연구개발 진행

- 이동 통신 시장의 밀리미터 대역 주파수 자원 진입

◦ 모방용이성(기술의 난이도)

- 기본적인 안테나의 구조 및 동작 원리는 리버스 엔지니어링을 통해 모방

가능하지만, 고이득 안테나 성능 예측 및 최적화 수치해석 프로그램은 5년

이상의 지속적인 연구가 필요함

<안테나 성능 예측 및 최적화 프로그램>

◦ 회피비용(회피설계비용)

- 시뮬레이터 및 측정 시스템 구축에 20억원 예상

◦ 대체기술 존재 여부

- 기판 형 반사배열 안테나, Inflatable 반사배열 안테나 등이 유사한 기술

이나 각각 평판 및 천 재질로 한정된 동작

◦ 경쟁자에게 미치는 영향

- 기존 반사판 안테나 대비 우수한 장착성, 운용성으로 밀리미터 대역 통신,

레이더용 안테나로 활용 가능

4. 기술의 차별성

◦ 반사판 안테나의 정해진 포물면 반사판을 대체하는 평판 또는 임의 곡면에

안테나 구성 가능하여 플랫폼 활용을 통한 재료비 절감

◦ 기판 형 반사배열 안테나 대비 내구성 향상 및 광대역/고효율 동작 특성으

로 인한 안테나 소형화 가능

(예, 대역폭 : ~5% vs 10% 이상, 개구 효율 : 30~40% vs 40% 이상)

◦ 위상배열 안테나의 전자식 빔 포밍은 적용되지 않았으나 배열안테나 뒷단

의 송수신 모듈이 필요 없으므로 고정 지향용으로 낮은 제작단가에 소형화 가능

2. 특허성 분석

특허번호 KR2009-0117456 KR2006-0104786 KR0685512 US8593365

특 허 명무선 통신 시스템에서

배열 원형 편파 안테나 및 그 제조 방법

불요 복사파 억압형 안테나

방송신호를 수신하기 위한 마이크로 스트립

안테나

다른 플레인과 그것의 안테나에서 배열된

발진자 요소를 설치하기 위한 방법

출 원 인 한국전자통신연구원 (주)케이티프리텔 (주)케이티프리텔 KMW INC

기술요약

접지 기판 상의 유전체

기판 상에서 소정 지점에

위치하는 급전 안테나, 상

기 급전 안테나의 상부에

상기 접지 기판으로부터

소정 거리만큼 이격되어

위치하는 상부 덮개에 복

수의 전도성 구조체들이

동일한 일정 방향으로 배

열된 단위 안테나, 및 상

기 단위 안테나 복수개가

소정의 위상 차를 갖도록

순차적으로 배열된 배열

안테나를 포함하며, 상기

급전 안테나가 선형 편파

를 방사하면, 상기 복수의

전도성 구조체들, 상기 단

위 안테나, 및 상기 배열

안테나는, 원형 편파를 각

각 방사함.

불요 복사파 억압형 안

테나가 개시된다. 복수

의 단차가 형성되는 계

단형상 또는 곡면형상의

단면을 갖는 반사판과,

반사판의 일면에 결합되

는 복수의 지지대, 복수

의 지지대에 각각 결합

되는 복수의 전파복사소

자와, 전파복사소자와

전기적으로 연결되는 급

전용 동축선을 포함함.

주파수 안테나의 대역폭

과 원편파(원형 편파)

특성이 개선된 위성

DMB 수신용 단말 안테

나 장치를 제공함으로

써, 평면형 구조의 마이

크로스트립 안테나 구조

에 적용할 수 있고, 이

에 따라 DMB 위성으로

부터 송신되는 신호를

용이하게 수신함.

전력 공급 케이블이 신

호 사이에 위상차에 의

해 첫 번째 위치 발진자

요소와 제 2 위치 발진

자 요소로부터 공기에서

방출되는 것으로 신호

간의 위상차을 보충하도

록 설계되고 전력 공급

케이블을 경유하여 전파

함.

관련도

분석Y Y A A

1. 국내외 특허 동향

◦ 본 기술과 관련된 반사형 컨포멀 안테나 및 배열 안테나에 관한 기술 전반

에서 핵심특허들이 다양하게 출원/등록되고 있으며, 국내에도 일부 세부기술을

제외하고는 대부분의 분야에 출원 및 등록이 활발하게 이루어지고 있는 단계인

것으로 판단됨

- 특히, “안테나 배열 자동 보정 기술"의 기술영역에 대한 특허 출원은 해외

가 활발한 반면, 국내는 상대적으로 적어, 해외대비 국내 지재권의 상대적 수준

은 낮은 것으로 판단됨.

2. 선행특허분석

* 관련도 : X - 관련높음, Y - 관련있음, A - 관련은 없으나 참고할 자료

* X, Y - 주요참증에 해당, A - 참고참증에 해당

조사결과

◦ 권리구성의 적절성

- 컨포멀 반사안테나 및 비공진 도체 셀 타입 반사안테나에 관한 권리가 적절히 구성된 것으로 판단됨.

◦ 권리의 범위

- 안테나 구조 특허에 관한 특허권리범위는 연구개발 성과를 적절히 포괄할 수 있는 범위로 정의된 것

으로 판단됨.

◦ 권리의 안정성

- 적법한 심사를 통하여 등록되었으며 특별한 무효사유를 발견할 수 없으므로 안정성을 보유하고 있음.

3. 사업성 및 시장성 분석

1. 사업화 제품화

◦ 장착성이 용이한 평면 또는 곡면형 반사판을 적용함으로써 이동/위성 통신

시장에 사용 중인 기존의 접시 형 반사판 안테나를 대체할 수 있는 반사형 컨포

멀 안테나의 형태로 사업화 및 제품화가 가능함.

◦ 제품 경쟁성

- 평면 또는 특정 곡면을 활용한 고이득 안테나 구현이 가능하므로 기존 안

테나 대비 장착 및 운용성이 우수함.

- 시뮬레이터 해석 속도 성능 비교 (*상용 수치해석 툴)

구 분 CST MWS* MOR Sim

Case 1

(D=33λ)

Directivity 35.4 dB 35.5 dB

Time 8289 sec 1.6 sec

Case 2

(D=216λ)

Directivity 51.9 dB 52.3 dB

Time 181 hour 273 sec

<시뮬레이터 용량 비교, 회색 : 기존 기법, 빨강색 : 제안한 기법>

<대형 밀리미터파 안테나 측정 시설>

2. 사업화 방법 및 성공요인

◦ 사업화 기간 및 비용

- 밀리미터파 고이득 안테나 설계 및 측정 기술을 기 확보하였으므로 적용

분야의 안테나 사양이 도출되면 단기간 내 사업화 가능

◦ 기술이전(또는 출자) 가능성

- 사업 추진에 따라 이동 통신, 중계기 등의 송수신기를 제작하는 민간 기

업으로의 기술이전 가능함.

◦ 사업화 실현 가능성

- 향후 밀리미터 대역 이동통신 및 레이더, 이미징 분야의 시장이 활성화

된다면 사업화 가능할 것으로 판단됨.

3. 국내외 시장전망

1) 국내외 시장 규모 및 동향

◦ (고이득 안테나 수요 증가) 독창적인 고효율/고이득 광대역 안테나 기술은

향후 이동/위성/군 통신 시장에서 고부가 제품으로 판매가 가능할 것으로 판단됨

◦ (밀리미터 대역 안테나 수요 증가) 통신, 레이더의 사용 주파수 대역이 밀

리미터 대역으로 증가함에 따라 이대역에서 동작하는 고이득 안테나의 수요가

증가할 것으로 판단됨

◦ (지역별 시장의 추이) 지금까지 유럽, 미국, 아시아(중국, 일본, 한국) 등이

주 시장이었으나 현재는 러시아, 인도 등 신흥시장이 성장하고 있으며 향후에는

기타 지역으로까지 성장이 확장될 것으로 전망됨

◦ 국내 이동통신 시장의 성숙기 진입으로 현재 안테나 시장 성장이 정체된

상태이지만, 최근 신규 서비스 사업자들의 투자에 의한 새로운 안테나 수요가 기

지국과 중계기의 안테나를 중심으로 크게 발생하고 있음

◦ (무선통신용 안테나) 이동통신 시장에서 대용량 고화질의 콘텐츠를 더 빠

른 속도로 전송하기 위한 요구가 지속적으로 증가함, 5G 이동통신과 같이 기가

bps 이상의 데이터 전송을 위해선 무선통신 시스템의 사용 주파수가 밀리미터

대역으로 높아지는 추세임.

◦ (레이더용 안테나) 차량, 무인항공기와 같은 소형 이동형 플랫폼에 레이더

를 장착하기 위해서는 시스템의 소형화와 더불어 안테나의 장착성이 중요함, 레

이더의 소형화 및 탐지 정밀도를 높이기 위해서 주파수 대역을 밀리미터 대역으

로 높이는 추세임.

2) 시장의 구조, 경쟁강도 및 진입장벽

- 안테나는 통신장비와 함께 공급되는 경향이 있으나, 국내에는 글로벌 수

준의 통신장비 업계가 없음

- (소량 다품종 산업) 안테나는 통신서비스 사업자마다 사용하는 주파수대

역이 달라 매우 많은 다양한 사양의 안테나를 별도로 제작해야 함

<밀리미터파 안테나 적용가능 시장>

◦ 경기변동의 특성

- 제안한 특허 기술은 밀리미터파 대역의 안테나로 적용하기에 유리하므로

레이더, 무선통신의 스펙트럼이 밀리미터파 대역으로 올라감에 따라 다양

한 응용 분야에 적용될 것으로 기대됨.

<밀리미터-테라헤르츠 시장 예측>

◦ 기업간 경쟁강도

- 기존에 상용으로 판매되는 밀리미터 대역의 고이득 안테나는 혼, 반사판

안테나로 국한되어 있으며, 50dBi 이상의 평판 반사배열 안테나의 성능예

측 기법을 보유한 경쟁업체 없음.

4. 사업화 성공 가이드

1) 사업화 후보기업 요건

◦ 통신사업자

◦ 관련 장비/부품 기업 등

2) 사업화 투자비용

◦ 사업화 후보기업의 적극적인 개발 의지만 확보된다면 상용화 추가 개발 (1

년미만 개발) 완료후 사업화 가능

3) 법적 검토사항

◦ 기술이전 및 실시권 계약 범위 / 라이센싱 및 공동연구 범위 협의

◦ 수익성 배분 협의 등

4) 희망 파트너쉽

① 기술이전 ( ○ ) ② 라이센싱 ( ○ ) ③ 공동연구 ( )

④ 기술출자 ( ) ⑤ 기타 ( )