JP2016537867A

JP2016537867A - 偏電効果を用いたｍｉｍｏ用無指向性アンテナ

Info

Publication number: JP2016537867A
Application number: JP2016523945A
Authority: JP
Inventors: スクパク、ジョン
Original assignee: Sawwave Co ltd
Current assignee: Sawwave Co ltd
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2035-03-24
Also published as: JP6118950B2; KR101547474B1; WO2015190675A1

Abstract

偏電効果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナ、詳細には、偏電効果を用いて電波を送信／受信する無線通信用アンテナに関する。上記ＭＩＭＯ用無指向性アンテナは、一側面上にｘ軸方向に信号を偏波させることができるようにｘ軸マイクロストリップ線路を形成し、他側面上にｙ軸方向に信号を偏波させることができるようにｙ軸マイクロストリップ線路を形成し、回路基板を貫通して形成されるスルーホールを有する第１基板と、予め決定された角度で回転されるｘ軸マイクロストリップ線路とｙ軸マイクロストリップ線路を含む第２基板と、第１基板及び第２基板の一側面に結合される金属板形状の放射アンテナと、を含む。また、第１基板及び第２基板と結線回路基板を組み合わせて立方体構造で具現される。【選択図】図５

Description

本発明は、偏電効果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナに関するもので、より詳細には、偏電効果を用いてＭＩＭＯ用無指向性アンテナを具現することで多重送信／受信ができる無線通信用アンテナに関する。

一般に、通信回路では複数個の高周波信号を一つに合わせたり、一つに結むことで、他の回路と連結してマルチバンドのような通信手段を構築する。

このような複数個の信号を一つの線路において連結して用いるとき、各信号別特性によって相殺されたり、分岐による損失などが発生するという問題点が生じる。
これにより、それぞれの信号別に固有のアンテナを備えたり、ノイズをフィルターリングするフィルターなどを設置するなど、その構造が複雑となり、回路のサイズが大きくなるなどの短所があった。

したがって、本出願人は、特許文献１（偏電效果とその応用、以下、「先行技術」とする）における偏電效果を応用して、金属板において高周波信号の電流が流れる方向を一定の方向に制御して所望する方向にだけ流れるようにする方法とこれを応用したアンテナを提案する。高周波信号を極性によって「＋」信号と「−」信号に分離し、二つの信号を金属板に引き込むとき、一定の間隔を維持して連結させる。これにより、引き込まれた電流の方向は引込軸に沿って引込方向にだけ流させる結果を得る効果を用いる。ここで、複数の入力信号を一つの信号に合わせるコンバイナなどを使用して、各入力信号を互いに異なる入力ポートには伝達させず、単に出力ポートにだけ送らせて入力ポート間のアイソレーション効果に優れ、結合損失がない結合回路として用いることができる技術を開発した。

上記のような先行技術により、その構造が簡単であり効果に優れた応用アンテナ技術が提示されたが、より多くの量の伝送量を維持しながら信号の相殺なく伝達効率を高める指向性を維持させて、より効果的な送受信ができるＭＩＭＯ（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉ−ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）用無指向性アンテナの開発が求められている。また、簡単な構造で具現できる技術も求められている。

韓国登録特許第１０−１０１７６９０号公報

上記のような技術的なニーズにより、偏電效果を用いた無指向性ＭＩＭＯアンテナを提供するにあたり、その構造が簡単であり高性能を有する無指向性ＭＩＭＯアンテナを提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するために、誘電体基板に入力ポート、信号を分配するためのＴ分配器、及び１８０°信号位相変換器を金属ストリップ線路で構成し、金属板をパッチアンテナのラジエーターとして適用して偏電效果を用いるアンテナを基盤に無指向性アンテナを具現するにあたり、一側面上にｘ軸方向に信号を偏波させることができるようにｘ軸マイクロストリップ線路１１０を形成し、他側面上にｙ軸方向に信号を偏波させることができるようにｙ軸マイクロストリップ線路１２０を形成し、ｘ軸マイクロストリップ線路１１０のノード１１０ａ、１１０ｂの部分に対応し、回路基板を貫通するように形成されてｙ軸マイクロストリップ線路１２０が形成される基板面上に備えられるスルーホール１３０ａ、１３０ｂ、及びｙ軸マイクロストリップ線路１２０のノード１２０ａ、１２０ｂの部分に対応し、回路基板を貫通するように形成されてｘ軸マイクロストリップ線路１１０が形成される基板面上に備えられるスルーホール１４０ａ、１４０ｂからなる第１基板１００と、上記第１基板１００と同一の構造で形成され、基板面上に具現されるｘ軸マイクロストリップ線路とｙ軸マイクロストリップ線路をｙ軸を中心に４５°±５°で回転させたｘ軸マイクロストリップ線路２１０及びｙ軸マイクロストリップ線路２２０が基板上に具現される第２基板２００と、上記第１基板１００及び第２基板２００の一側面に結合されて回路網を構成し、信号を放射するための金属板形状の放射アンテナ３００と、上記第１基板１００と第２基板２００を結線するための結線回路基板４００と、を含み、上記第１基板１００及び第２基板２００と結線回路基板４００を組み合わせて立方体構造で具現されることを特徴とする偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナを提供する。

また、上記のような偏電效果を用いたＭＩＭＯアンテナを具現するにあたり、ｘ軸マイクロストリップ線路１１０が前面部に配置される第１基板１００、上記第１基板１００を逆にしてｙ軸マイクロストリップ線路１２０が前面部に配置されるリバース第１基板１００’、ｘ軸マイクロストリップ線路２１０が前面部に配置される第２基板２００、及び第２基板２００を逆にしてｙ軸マイクロストリップ線路２２０が前面部に配置されるリバース第２基板２００’を側面部に配置し、且つ、それぞれの基板の側面が結合されるようにして筺体構造として配置し、下端部における開放された部分に結線回路基板４００を結合した後、それぞれの基板の前面部に放射アンテナ３００を結合する。上記結線回路基板４００の底面には信号を印加する第１端子４１０及び第２端子４２０が形成され、上記第１端子４１０は回路基板を貫通して一側面に形成されるストリップ線路に結線され、第２端子４２０は他側面に形成されるストリップ線路に結線されるようにする。

このような構造により、上記第１端子４１０及び第２端子４２０にそれぞれ異なる信号を印加し、信号を偏電させて複数個の周波数を放射するとき、それぞれの信号が混線しないようにすることで複数個の周波数を送受信できるようする。

また、上記第１基板１００、第２基板２００、回路結線基板４００、及び放射アンテナ３００で具現される立方体形状の無指向性アンテナの第１基板１００及び第２基板２００にそれぞれ複数個のストリップ線路を形成し、これに対応する複数個の放射アンテナを備えて立方体を形成することにより、マルチバンド通信が可能なアンテナ構造体を具現できる偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナをさらに具現することができる。

上記のような技術的ニーズにより、偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナを提供することができるため、その構造が簡単で多様な形態に拡大することができる高性能のＭＩＭＯ用無指向性アンテナを提供するという効果がある。

本発明で用いられる偏電效果を説明するための概要説明図本発明の第１基板１００のマイクロストリップ線路の構成を示すための前面図及び背面図本発明の第２基板２００のマイクロストリップ線路の構成を示すための前面図及び背面図本発明の偏電アンテナの構成を示すための断面図本発明の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナの斜視図本発明の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナの底面斜視図本発明の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナの外周面に対する展開図本発明の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナの放射パターンを示す放射パターン図本発明の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナの放射パターンを示す放射パターン図本発明の一実施例を示す例示説明図本発明の一実施例を示す例示説明図

以下では、当業者が本発明の偏電効果を用いた無指向性ＭＩＭＯアンテナを容易に実施することができるように図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明で用いられる偏電效果を説明するための概要図である。

図１を参照して偏電效果について簡略に説明すると、回路基板上に具現されるマイクロストリップに信号を印加すると、印加された信号の「＋」信号と「−」信号がそれぞれ位相差によって分離され、分離された信号によってアンテナの給電が行われて偏電效果が発生する。

これは、誘電体回路基板上に、ストリップ線路を用いることにより、入力ポート、信号を分配するためのＴ分配器、及び１８０°信号位相変換器を金属ストリップ線路で構成し、金属板をパッチアンテナのラジエーターに適用して発生する偏電效果を用いるためである。

このような偏電效果を発生させるために、ｘ軸とｙ軸にそれぞれ偏波される一対のストリップを同一の基板上に配置してアンテナ効果を奏するようにする。

これに関連する具体的な説明は特許文献１で説明されている公知の技術であるため省略する。

上記のような偏電效果を用いるＭＩＭＯ用無指向性アンテナに関しては、以下でより具体的に説明する。

図２は本発明の第１基板１００のマイクロストリップ線路の構成を示すための前面図及び背面図であり、図３は本発明の第２基板２００のマイクロストリップ線路の構成を示すための前面図及び背面図である。

図２及び図３を参照して詳細に説明すると、回路基板上の一側面にｘ軸方向に偏向する偏波を発生させるためのｘ軸マイクロストリップ線路１１０が形成され、上記ｘ軸マイクロストリップ線路１１０が形成された回路基板の反対側面上にｙ軸方向に偏向する偏波を発生させるためのｙ軸マイクロストリップ線路１２０が形成される第１基板１００を形成する。即ち、上記第１基板１００には、回路基板の前面部及び背面部にｘ軸マイクロストリップ線路１１０及びｙ軸マイクロストリップ線路１２０がそれぞれ形成される。

また、上記ｘ軸マイクロストリップ線路１１０のノード１１０ａ、１１０ｂの部分に対応するスルーホール１３０ａ、１３０ｂをｙ軸マイクロストリップ線路１２０が具現された回路基板面上に形成し、ｙ軸マイクロストリップ線路１２０のノード１２０ａ、１２０ｂの部分に対応するスルーホール１４０ａ、１４０ｂをｘ軸マイクロストリップ線路１１０が具現された回路基板面上にそれぞれ形成して、回路基板を貫通するようにする。また、金属板形状の放射アンテナ３００の一側面に形成された４つのリードピン３１０がそれぞれ結合されるようにする。

上記のように回路基板の両側面にそれぞれｘ軸マイクロストリップ線路１１０とｙ軸マイクロストリップ線路１２０を区分して具現するのは、同一の基板上にマイクロストリップ線路を具現する場合、ショートなどの問題が発生する可能性があり、精密なパターンの具現時に、回路基板のサイズが大きくなるという短所があるため、これを克服するために立体的に具現するためである。

ここで、同一面上に具現する回路基板とそれぞれの基板面に具現する技術が同一の効果を示すのは、当業者であれば誰でも分かる事実であるためこれに関する付加的な説明は省略する。

また、上記第１基板１００とともに本発明の偏電效果を用いたＭＩＭＯアンテナを構成する第２基板２００は、上記第１基板１００のｙ軸を基準に４５°±５°回転されて配置されたｘ軸マイクロストリップ線路２１０及びｙ軸マイクロストリップ線路２２０を含む。

より詳細に説明すると、第１基板１００のｘ軸マイクロストリップ線路１１０及び第２基板２００のｘ軸マイクロストリップ線路２１０、及び第１基板１００のｙ軸マイクロストリップ線路１２０及び第２基板２００のｙ軸マイクロストリップ線路２２０がそれぞれ４５°±５°の角度差を発生する。

このような第２基板２００におけるｘ軸マイクロストリップ線路２１０のノード２１０ａ、２１０ｂ及びｙ軸マイクロストリップ線路２２０のノード２２０ａ、２２０ｂの部分にも、回路基板の反対側面上にそれぞれ放射アンテナ３００のリードピン３１０を結合するためのスルーホール２３０ａ、２３０ｂ及び２４０ａ、２４０ｂが形成される。

上記のように構成される第１基板１００及び第２基板２００の一側面には、信号を放射するための金属板形状の放射アンテナ３００が備えられる。

上記放射アンテナ３００は、上述の通り、一側面に４つのリードピン３１０を備え、それぞれの回路基板上に形成されるスルーホールに結合されて回路を構成する。

上記のように、第１基板１００及び第２基板２００にそれぞれ放射アンテナ３００を結合して偏電アンテナを完成させる。

このとき、上記第１基板１００及び第２基板２００に結合される放射アンテナ３００は、エアギャップ１５０が形成されるように互いに離れて結合される。

これは、放射アンテナ３００から発生する偏波の共振周波数などを合わせるためである。

図５は本発明の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナの斜視図であり、図６は本発明の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナの底面斜視図であり、図７は本発明の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナの外周面に対する展開図として入力ポート別に発生する偏波を示す。

図５から図７を参照して詳細に説明すると、第１基板１００及び第２基板２００上にそれぞれ放射アンテナ３００を結合して完成される偏電アンテナをそれぞれの面に配置することで立方体形状のＭＩＭＯ用無指向性アンテナを具現する。

このとき、複数個の上記第１基板１００及び第２基板２００を側面部に配置した後、結線のための結線回路基板４００を底面部に配置して回路網を完成させる。

ここで、上記第１基板１００と隣接する側面には他の第１基板１００が配置される。このとき、回路網を具現するために、第１基板１００のｙ軸マイクロストリップ線路１２０が前面部に配置されるように逆にしたリバース第１基板１００’を配置する。

上記リバース第１基板１００’は、単に第１基板１００を逆にしたもので、正常的な第１基板１００と区分するための表示であるだけで、他の構成要素ではないことを明示する。また、立体的な回路及び回路網の構成のための配置であるだけで、他の効果及び機能的な差異によるものでもないことを明示する。

また、上記のように一対の第１基板１００を配置した後、残りの側面には第２基板２００を配置する。

ここも、第２基板２００、及び第２基板２００を単に逆にしたリバース第２基板２００’を配置して立方体の側面部分を具現する。

上記のように、第１基板１００及び第２基板２００をそれぞれ配置して立方体の側面部分を具現した後、底面部に結線回路基板４００を配置して回路網を完成させる。

このとき、上記結線回路基板４００の一側面には、入出力を担当する第１端子４１０及び第２端子４２０がそれぞれ備えられる。

上記のような第１端子４１０及び第２端子４２０は、両側面にそれぞれ回路を具現するために形成されるストリップ線路の端部にそれぞれ結線される。

より詳細に説明すると、上記結線回路基板４００の上端面に形成されるストリップ線路の端部には第１端子４１０が回路基板を貫通して結線され、結線回路基板４００の反対側には第２端子４２０がそれぞれ結線される。

上記のように構成された本発明の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナに信号を印加すると、それぞれの面に配置される偏電アンテナによって信号が放射される（図８及び図９参照）。

図８は第１端子４１０に信号を印加したときの放射パターンを示すものであり、図９は第２端子４２０に信号を印加したときの放射パターンを示すものである。

このとき、第１端子４１０及び第２端子４２０に信号を印加すると、それぞれの偏波アンテナを通じて放射される信号は、アンテナを中心に均一な範囲に放射されて、無指向性アンテナとしての役割をすることができる。

このような無指向性アンテナを用いて放射される信号は、単一周波数の信号だけでなく、複数の周波数の信号を放射することができる。これは、特許文献１に記載されている偏電效果を用いたものであるため、これに関する詳細な説明は省略する。

このように、本発明の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナを適用して送受信するための周波数は、金属板形状の放射アンテナ３００のサイズを調節して選択することができ、金属板形状の放射アンテナ３００の長さによって異なる。これは、当業者であれば誰でも分かるものである。

図１０及び図１１は本発明の一実施例を示す例示図である。

図１０及び図１１を参照して詳細に説明すると、本発明の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナは、単一構造体で適用されることができ、周波数の使用量によって１つの基板に複数個のストリップ線路を形成し、複数個の放射アンテナを備えてマルチバンド型ＭＩＭＯ用無指向性アンテナを具現することもできる。

このとき、１つの基板に具現されるストリップ線路及び結合される放射アンテナの個数は２^ｎ個で形成されることが好ましい。

上記のような方法により、１つの基板上に２つのストリップ線路と放射アンテナを結合した２段マルチバンド型ＭＩＭＯ用無指向性アンテナ、及び４段マルチバンド型ＭＩＭＯ用無指向性アンテナが具現されることができる。

より詳細に説明すると、ストリップ線路及び放射アンテナが備えられる複数個の基板を側面部に配置した後、下端部における開放された部分に結線回路基板を結合して構造体を完成させる。

このような構造体を具現するには、上述の単一構造体の具現方法と同一の方法が適用される。また、２段または４段マルチバンド型アンテナの場合、１つの回路基板に具現されるストリップ線路及び放射アンテナの個数の差異があるだけである。

上記のような方法により、本発明の偏電效果を用いたＭＩＭＯアンテナ及びマルチバンド型ＭＩＭＯアンテナを具現することができる。

ここで、上記マルチバンド型ＭＩＭＯアンテナは、単一構造体と区分するためのものであるだけで、本発明の技術的思想の範疇で拡大できることを明示する。

１００第１基板
１１０ｘ軸マイクロストリップ線路
１２０ｙ軸マイクロストリップ線路
２００第２基板
２１０ｘ軸マイクロストリップ線路
２２０ｙ軸マイクロストリップ線路
３００放射アンテナ
４００結線回路基板

Claims

誘電体基板に入力ポート、信号を分配するためのＴ分配器、及び１８０°信号位相変換器を金属ストリップ線路で構成し、金属板をパッチアンテナのラジエーターとして適用して偏電效果を用いるアンテナを基盤に無指向性アンテナを具現するにあたり、
一側面上にｘ軸方向に信号を偏波させることができるようにｘ軸マイクロストリップ線路１１０を形成し、他側面上にｙ軸方向に信号を偏波させることができるようにｙ軸マイクロストリップ線路１２０を形成し、ｘ軸マイクロストリップ線路１１０のノード１１０ａ、１１０ｂの部分に対応し、回路基板を貫通するように形成されてｙ軸マイクロストリップ線路１２０が形成される基板面上に備えられるスルーホール１３０ａ、１３０ｂ、及びｙ軸マイクロストリップ線路１２０のノード１２０ａ、１２０ｂの部分に対応し、回路基板を貫通するように形成されてｘ軸マイクロストリップ線路１１０が形成される基板面上に備えられるスルーホール１４０ａ、１４０ｂからなる第１基板１００と、
前記第１基板１００と同一の構造で形成され、基板面上に具現されるｘ軸マイクロストリップ線路とｙ軸マイクロストリップ線路をｙ軸を中心に４５°±５°で回転させたｘ軸マイクロストリップ線路２１０及びｙ軸マイクロストリップ線路２２０が基板上に具現される第２基板２００と、
前記第１基板１００及び第２基板２００の一側面に結合されて回路網を構成し、信号を放射するための金属板形状の放射アンテナ３００と、
前記第１基板１００と第２基板２００を結線するための結線回路基板４００と、を含み、
前記第１基板１００及び第２基板２００と結線回路基板４００を組み合わせて立方体構造で具現される
ことを特徴とする偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナ。
前記偏電效果を用いた無指向性アンテナを具現するにあたり、ｘ軸マイクロストリップ線路１１０が前面部に配置される第１基板１００、前記第１基板１００を逆にしてｙ軸マイクロストリップ線路１２０が前面部に配置されるリバース第１基板１００’、ｘ軸マイクロストリップ線路２１０が前面部に配置される第２基板２００、及び第２基板２００を逆にしてｙ軸マイクロストリップ線路２２０が前面部に配置されるリバース第２基板２００’を側面部に配置し、且つ、それぞれの基板の側面が結合されるようにして筺体構造として配置し、下端部における開放された部分に結線回路基板４００を結合した後、それぞれの基板の前面部に放射アンテナ３００を結合して完成させる
請求項１に記載の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナ。
前記結線回路基板４００の底面には信号を印加する第１端子４１０及び第２端子４２０が形成され、前記第１端子４１０は回路基板を貫通して一側面に形成されるストリップ線路に結線され、第２端子４２０は他側面に形成されるストリップ線路に結線される
請求項１に記載の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナ。
前記第１端子４１０及び第２端子４２０にそれぞれ異なる信号を印加し、信号を偏電させて複数個の周波数を放射するとき、それぞれの信号が混線しないようにする
請求項３に記載の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナ。
前記第１基板１００、第２基板２００、回路結線基板４００、及び放射アンテナ３００で具現される立方体形状の無指向性アンテナの第１基板１００及び第２基板２００にそれぞれ複数個のストリップ線路を形成し、これに対応する複数個の放射アンテナを備えて立方体を形成することにより、マルチバンド通信が可能なアンテナ構造体を具現することができる
請求項１ないし４のいずれかに記載の偏電效果を用いたＭＩＭＯ用無指向性アンテナ。