JP2016535512A - アンテナ放射素子及び多重帯域アンテナ - Google Patents

Abstract

本発明は、多重帯域アンテナであって、接地面を提供する反射板と、反射板上に設置される第１の周波数帯域用の第１の放射モジュールと、第１の放射モジュール上に積層されるように設置される第２の周波数帯域用の複数の第２の放射モジュールと、を含み、第１の放射モジュールは、全体として平面上四方対称的に組み合わされて構成される第１〜第４の放射素子で構成され、第１〜第４の放射素子は、各々カップ形態の放射アームと、放射アームを反射板に固定されるように支持する支持台を含んで構成され、第２の放射モジュールは、第１〜第４の放射素子の各放射アームに設置され、第１〜第４の放射素子の各放射アームのカップ形態の下面は、上側に設置される第２の放射モジュールに接地面を提供するための予め設定された面積を有するように設計される。

Description

本発明は、移動通信(PCS、Cellular、IMT-2000)基地局や中継器に使用されるのに適しているアンテナに関し、特に、二重偏波アンテナを実現するのに適しているアンテナ放射素子及びそれを用いる多重帯域アンテナに関する。

現在、移動通信の普遍化及び無線広域データ通信の活性化によって、不足した周波数帯域を十分に確保するために、多様な周波数帯域を使用可能なものとしている。主に使用される周波数帯域は、低周波帯域(698〜960MHz）と高周波帯域(1.71〜2.17GHzまたは2.3〜2.7GHz)である。また、多重アンテナ基盤のＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output)技術は、データ伝送速度を上げるための必須技術として、ＬＴＥ(Long Term Evolution)、Mobile WiMAXなどの最近の移動通信ネットワークシステムに適用されている。

しかし、多様な周波数帯域でＭＩＭＯをサポートするために複数のアンテナを設置するためには設置費用の増加はもちろん、実際外部環境ではアンテナを設置するタワー空間に対する制約が発生する。したがって、二重帯域アンテナまたは三重帯域のアンテナのような多重帯域アンテナが必須のものとして要求されている。多重帯域アンテナは、素子間の干渉影響を最大限減らしつつ、低周波帯域のアンテナ設置空間と同一の空間に高周波帯域のアンテナを挿入する構造を有するため、アンテナ面積、特に、アンテナの幅が最大限効率的に設計されるようにする。このような多重帯域アンテナの例としては、韓国公開特許公報１０−２０１０−００３３８８８号(以下、「特許文献１」と称する)に開示のものが挙げられる。

上記特許文献１に開示されるような多重帯域アンテナは、通常、低周波数帯域の第１の放射モジュールと、高周波数帯域の第２の放射モジュール及び/または第３の放射モジュールが、長さ方向に直立する少なくとも一つの反射板上に適切に配置される構造を有する。例えば、第１の放射モジュールが垂直に一列配列され、第２の放射モジュール及び/または第３の放射モジュールが第１の放射素子の左右側に各々垂直に一列配列される構造で配置されることができる。この時、第１の放射モジュール及び第２の放射モジュール及び第３の放射モジュールの各々は、通常、４個の放射素子の４方向で組み合わされ、全体的に垂直(または、水平)に対して＋４５度と−４５度で整列される、相互直交する２個の線形偏波(すなわち、Ｘ偏波)を発生する構造を有する。

一方、最近は、広域特性を有する放射素子及び放射モジュールが要求されるにつれ、比帯域幅(fractional band width）が約４５%ほどの帯域を包括する放射素子が提供されている。このような放射素子は、例えば、1710〜2690MHz帯域の動作特性を有することができる。このような、広域放射素子を利用して多重帯域アンテナを実現する場合には、各帯域の素子間の干渉問題がより深刻に台頭し、これは多重帯域アンテナの効率的な設計の際に、非常に克服し難しい部分として作用する。

韓国公開特許公報１０−２０１０−００３３８８８号公報

したがって、本発明の目的は、より最適化された構造を有し、アンテナサイズの最適化を可能にしてアンテナ設計の容易性を提供し、より安定した特性を有するようにするためのアンテナ放射素子及び多重帯域アンテナを提供することにある。

本発明の他の目的は、放射素子間の干渉を減らし、アンテナの幅をより狭くするか、又は限定された幅内で多重帯域アンテナを容易に実現するためのアンテナ放射素子及び多重帯域アンテナを提供することにある。

上記した目的を達成するために本発明の一観点によれば、多重帯域アンテナであって、接地面を提供する反射板と、上記反射板上に設置される第１の周波数帯域用の第１の放射モジュールと、上記第１の放射モジュール上に積層されるように設置される第２の周波数帯域用の第２の放射モジュールと、を含み、上記第１の放射モジュールは、全体として平面上四方対称的に組み合わされて構成される第１〜第４の放射素子で構成され、上記第１〜第４の放射素子は、各々カップ形態の放射アーム(arm）と、上記放射アームを上記反射板に固定されるように支持する支持台と、を含んで構成され、上記第２の放射モジュールは、上記第１〜第４の放射素子の各放射アームに設置され、上記第１〜第４の放射素子の上記各放射アームのカップ形態の下面は、上側に設置される上記第２の放射モジュールに接地面を提供するための予め設定された面積を有するように設計されることを特徴とする。

本発明の他の観点によれば、アンテナ放射素子であって、カップ形態の放射アームと、上記放射アームを上記アンテナの反射板上に固定されるように支持する支持台と、を含むことを特徴とする。

上記で、放射素子のそれぞれの放射アームのカップ形態は、上部が広くかつ下部が狭くなるように段差を有するカップ形態であり、全体的に四角形のカップ形態である。

上記した通り、本発明による放射素子及び多重帯域アンテナは、より最適化された構造を有し、アンテナサイズの最適化を可能にしてアンテナ設計の容易性を提供し、より安定した特性を有することができる。特に、放射素子間の干渉を減らし、アンテナの幅をより狭くするか、又は限定された幅内で多重帯域アンテナを容易に実現することができる。

本発明の一実施形態によるアンテナ放射素子及び多重帯域アンテナの平面構造図である。 図１の一側面図である。 図１の第１の放射モジュールにおける一つの放射素子の斜視図である。 図１の第１の放射モジュールのＡ−Ａ’部分の切断面図である。 図１の第１の放射モジュールのＸ偏波発生状態を示す概略図である。 本発明の他の実施形態による多重帯域アンテナの平面構造図である。

以下、本発明による好ましい実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。下記説明では具体的な構成素子のような特定事項が示されるが、これは本発明のより全般的な理解を助けるために提供されるだけであって、このような特定事項が本発明の範囲内で所定の変形あるいは変更可能であることは当業者にとっては明らかである。

図１は、本発明の一実施形態によるアンテナ放射素子及び多重帯域アンテナの平面構造図であり、図２は、図１の一側面図であり、図３は、図１の第１の放射モジュールにおける一つの放射素子(例えば、第３の放射素子）の斜視図であり、図４は、図１の第１の放射モジュールのＡ−Ａ’部分切断面図であり、図５は、図１の第１の放射モジュールのＸ偏波発生状態を示す概略図であり、図１〜図５では、一つの反射板５上に一つの第１の放射モジュール１０：１１、１２、１３、１４と、第１の放射モジュール１０上に４個の第２の放射モジュール２０−１、２０−２、２０−３、２０−４が設置された構造の多重モードアンテナを例示している。

図１〜図５を参照すれば、本発明の一実施形態による多重モードアンテナは、接地面役割をする反射板５上に設置される、第１の周波数帯域(例えば、698〜960MHz帯域)用の第１の放射モジュール１０を基本的に具備する。第１の放射モジュール１０は、第１〜第４の放射素子１１、１２、１３、１４が全体的に平面上四方対称的に組み合わされて構成されるが、それぞれの第１〜第４の放射素子１１、１２、１３、１４は、カップ形態の放射アーム(arm)１１０、１２０、１３０などと、当該放射アームを支持する支持台１１２、１２２、１３２などを含んで構成される。第１〜第４の放射素子１１、１２、１３、１４は、配置方向及び位置のみが異なるだけであり、全て同一の構造を有することができる。

より詳細に説明すれば、第１の放射素子１１の放射アーム１１０：１１０ａ、１１０ｂは、上部１１０ａが広くかつ下部１１０ｂが狭くなるように段差を有するカップ形態を有し、カップ形態は全体的に四角形であり得る。第１の放射素子１１を反射板５上に離隔されるように設置しつつ、これを支持する支持台１１２は、全体的な第１の放射モジュール１０の設置部位で中央側に該当する位置で放射アーム１１０と一体で延長されて反射板５に固定されるように構成される。この時、支持台１１２は、反射板５にねじ結合方式や熔接方式などにより付着されて固定されることができる。

第２〜第４の放射アーム１２、１３、１４の放射アーム１２０、１３０などと支持台１２２、１３２なども同様に構成される。このような第１〜第４の放射アーム１１、１２、１３、１４は、例えば、全体的に第１の放射モジュール１０の全体的な形態で各々右側上部、右側下部、左側下部、左側上部に該当する部分構造を順次的に形成する。

一方、図４により明確に図示されるように、このように構成される第１の放射モジュール１０の給電構造をみると、ストリップライン構造の第１の給電ライン３１は、第１の放射素子１１及び第３の放射素子１３の放射アーム１１０、１３０と非接触カップリング方式で信号を伝達するように第１の放射素子１１及び第３の放射素子１３の支持台１１２、１３２に支持されるように設置され、第２の給電ライン３２は、第２の放射素子１２及び第４の放射素子１４の放射アーム１２０などと非接触カップリング方式で信号を伝達するように第２の放射素子１２及び第４の放射素子１４の支持台１２２などに支持されるように設置される。各支持台１１２、１２２、１３２などは、電気的にはストリップラインに対して接地端の役割をするので、各支持台の長さは、当該処理信号の波長のλ/４によって設計されて、オープン状態(接地状態)になるようにする。

この時、各支持台１１２、１２２、１３２の中心縦軸には、第１の給電ライン３１及び第２の給電ライン３２のストリップラインに対向しつつ予め設定された離隔距離を維持するように構成される平行した面が形成され、各支持台１１２、１２２、１３２などの上記平行した面と第１の給電ライン３１及び第２の給電ライン３２のストリップラインとの間には、当該給電ラインを支持し、当該給電ラインと当該支持台の間隔が一定に離隔されるように維持する適切な構造のスペーサ(spacer)４１、４２、４３、４４が予め設定された位置に設置されることができる。

このような給電構造を具備するため、図５に図示されるように、第１の放射素子１１の放射アーム１１０及び第３の放射素子１３の放射アーム１３０は、第１の放射素子モジュール１０全体の「Ｘ」字偏波のうち、垂直軸に対して＋４５度の偏波を形成し、第２の放射素子１２及び第４の放射素子１４の放射アーム１２０などは−４５度の偏波を形成する。

上記のように、第１〜第４の放射素子１１〜１４で構成される第１の放射モジュール１０において、第１〜第４の放射素子１１〜１４のそれぞれの放射アーム１１０、１２０、１３０などには、本発明の一実施形態によって、第１の周波数帯域(例えば、1710〜2690MHz帯域の広域)用Ｘ偏波を発生する第２の放射モジュール２０−１、２０−２、２０−３、２０−４が各々設置される。第２の放射モジュール２０−１、２０−２、２０−３、２０−４の各々は、ダイポールタイプなど、多様な構造で提供される通常的な放射素子でそのままで採用して実現されることができる。

図３では、例えば、第２の放射素子１３のカップ形態の放射アーム１３０の下面の中央の部位に第２の放射モジュール２０−３が設置される例が図示され、この時、放射アーム１３０の下面では、当該設置される第２の放射モジュール２０−３をねじ結合などを通して設置及び固定し、また第２の放射モジュール２０−３の給電ライン設置のための複数のねじ穴１３４が形成されることが図示されている。

この時、第１〜第４の放射素子１１〜１４のそれぞれの放射アーム１１０、１２０、１３０などがカップ形態を有することは非常に重要な特徴である。より詳細に説明すれば、一次的に、カップ形態の広い面積の下面が上側に設置される第２の放射モジュール２０−１、２０−２、２０−３、２０−４に十分な接地面を提供する。アンテナの全体サイズを減らすために、上記と第２の放射モジュールを第１の放射モジュールの上部に積層的に設置することが考慮可能な場合に、実際に実現し難い点は、第２の放射モジュールに十分の接地特性を与えない点である。放射素子の接地面対称性は、放射パターン特性で非常に重要な要素であるが、本発明では、上記のように第１の放射モジュールのそれぞれのカップ形態の放射素子を通してこのような問題点を解消する。

また、第１〜第４の放射素子１１〜１４のそれぞれの放射アーム１１０、１２０、１３０などのカップ形態の側面は、それぞれの放射アーム１１０、１２０、１３０などに設置される第２の放射モジュール２０−１、２０−２、２０−３、２０−４に対する第１の放射モジュール１０の影響を除去する(または、減らす)役割をして、第２の放射モジュール２０−１、２０−２、２０−３、２０−４の放射特性が安定しており、放射パターンのビーム幅を対称的にすることに役立つ。

また、第１〜第４の放射素子１１〜１４のそれぞれの放射アーム１１０、１２０、１３０などのカップ形態は、単純な形態を有することもできるが、本実施形態で、上部１１０ａ、１２０ａ、１３０ａなどが広くかつ下部１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂが狭くなるように段差を有するカップ形態を有することが示される。これは、第１の放射モジュール１０及び第２の放射モジュール２０の放射特性によって最適化された放射パターンが形成されるように実現されたものであり、例えば、カップ形態の下部１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂなどは、内部に設置される第２の放射モジュール２０−１、２０−２、２０−３、２０−４の放射特性を最適化できるように第２の放射モジュール２０との間隔を考慮して設計され、カップ形態の上部１１０ａ、１２０ａ、１３０ａなどは、周囲に設置される他の第１の放射モジュール（の放射アーム）との間隔を考慮して設計される。

このように、本発明の第１の放射モジュール１０に第２の放射モジュール２０が積層される構造を有することができ、このような積層構造をみると、比較的低周波帯域の第１の放射モジュールの放射素子が第１の周波数帯域の放射素子の役割をすると共に、第２の放射モジュールの接地部の役割を実行するようにすることが分かる。すなわち、第１の放射モジュールの放射素子は、第２の放射モジュールの反射板の役割をする。

上記のような構成を有することによって、従来技術の問題点である帯域間の相互影響を減らすことができる。

図６は、本発明の他の実施形態による多重帯域アンテナの平面構造図である。まず、図６の（ａ）に図示の構造を見ると、図６の（ａ）には図１〜図５に図示の構造と同一の構造を有することができる、複数の第２の放射モジュールが積層された第１の放射モジュール１０−１、１０−２、１０−３、１０−４、１０−５などが反射板５上に垂直に相互間の適切な間隔をおいて配置される構造が図示されている。この場合に、第１の放射モジュール間の間隔は、当該第１の放射モジュールの放射特性及び第２の放射モジュールの放射特性を全体的に考慮して適切に設定される。

図６の（ｂ）に図示の構造を見ると、図６の（ｂ）には図１〜図５に図示の構造と同一の構造を有することができる、複数の第２の放射モジュールが積層された第１の放射モジュール１０−１、１０−２、１０−３、１０−４、１０−４などが反射板５上に垂直に相互間の適切な間隔をおいて配置される構造が図示されると共に、少なくとも一部の第１の放射モジュール１０−１、１０−２、１０−３、１０−４、１０−４間には反射板５に直接設置される第２の放射モジュール２０−５、２０−６、２０−７、２０−８、２０−９、２０−１０が追加的にさらに設置される構造が図示されている。もちろん、この場合に、第１の放射モジュール間の間隔は、第１の放射モジュール及び第２の放射モジュールの全体の放射特性を考慮して適切に設定される。

上記の通りに本発明の一実施形態によるアンテナ放射素子及びそれを利用した多重帯域アンテナ構成及び動作が行われることができ。一方、上記した本発明の説明では具体的な実施形態に関して説明したが多用な変形が本発明の範囲を逸脱せずに実施されることができる。

例えば、上記の説明では一つの反射板上に本発明の実施形態による第１の放射モジュールが複数個垂直に一列に配列されることを図示したが、この他にも本発明の他の実施形態では第１の放射モジュールが複数個垂直に２列以上に配列される構造を有することができる。もちろん、この場合に第１の放射モジュールの全体または少なくとも一部には第２の放射モジュールが積層されるように設置されることができる。

また、上記の説明では第１の放射モジュールに第２の放射モジュールが常に積層される形態で設置されることを例示しているが、図６の（ａ）で１０−６で示し、図６の（ｂ）で１０−５で示すように、第２の放射モジュールが積層されずに、第１の放射モジュール単独で設置されることも可能であり得る。

このように、本発明の多様な変形及び変更が可能であり、したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって定められるべきではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等な物によって定められるべきである。

１０ 第１の放射モジュール
１１、１２、１３、１４ 放射素子
２０ 第２の放射モジュール
３１、３２ 給電ライン
４１、４２、４３、４４ スペーサ
１１０、１２０、１３０ 放射アーム
１１２、１２２、１３２ 支持台
１３４ ねじ穴

Claims (7)

1. アンテナ放射素子であって、
   カップ形態の放射アームと、
   前記放射アームを前記アンテナの反射板上に固定されるように支持する支持台と、を含むことを特徴とする放射素子。
2. 前記放射アームのカップ形態は、
   上部が広くかつ下部が狭くなるように段差を有するカップ形態であり、
   全体として四角形のカップ形態であることを特徴とする請求項１に記載の放射素子。
3. アンテナ放射素子は、
   前記アンテナの反射板上の４箇所で、全体として平面上四方対称的に構成されることを特徴とする請求項２に記載の放射素子。
4. 多重帯域アンテナであって、
   接地面を提供する反射板と、
   前記反射板上に設置される第１の周波数帯域用の第１の放射モジュールと、
   前記第１の放射モジュール上に積層されるように設置される第２の周波数帯域用の第２の放射モジュールと、を含み、
   前記第１の放射モジュールは、全体として平面上四方対称的に組み合わされて構成される第１〜第４の放射素子で構成され、
   前記第１〜第４の放射素子は、各々カップ形態の放射アームと、前記放射アームを前記反射板に固定されるように支持する支持台を含んで構成され、
   前記第２の放射モジュールは、前記第１〜第４の放射素子の各放射アームに設置され、
   前記第１〜第４の放射素子の前記各放射アームのカップ形態の下面は、上側に設置される前記第２の放射モジュールに接地面を提供するための予め設定された面積を有するように設計されることを特徴とする多重帯域アンテナ。
5. 前記第１〜第４の放射素子のそれぞれの放射アームのカップ形態は、
   上部が広くかつ下部が狭くなるように段差を有するカップ形態であり、
   全体として四角形のカップ形態であることを特徴とする請求項４に記載の多重帯域アンテナ。
6. 前記第２の放射モジュールが積層される前記第１の放射モジュールは、前記反射板上に垂直配列で複数個配置されることを特徴とする請求項４又は５に記載の多重帯域アンテナ。
7. 前記複数個配置される第１の放射モジュールの間に、前記第２の周波数帯域用の放射モジュールが前記反射板上に追加的にさらに設置されることを特徴とする請求項６に記載の多重帯域アンテナ。

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