JP2016537872A - 偏電効果を用いた指向性ｍｉｍｏアンテナ - Google Patents

偏電効果を用いた指向性ｍｉｍｏアンテナ Download PDF

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Abstract

偏電效果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナに関し、金属ストリップアンテナを回路基板に配置して形成される偏電效果を用いたアンテナを活用し、志向性を維持するＭＩＭＯアンテナを具現する。上記指向性ＭＩＭＯアンテナは、回路基板の一側面に水平偏波を発生させるための複数個の水平偏波ストリップを配置した水平偏波線路と、上記水平偏波線路に対応するために回路基板の反対側面に形成されて垂直偏波を発生させるための複数個の垂直偏波ストリップを配置した垂直偏波線路と、上記水平偏波線路と垂直偏波線路が結線される放射アンテナと、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、偏電效果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナに関するもので、金属ストリップアンテナを回路基板に配置して形成し、偏電效果を用いたアンテナを活用することで指向性を維持するＭＩＭＯアンテナを具現する。
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−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）用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 欧州特許出願第９８１０２４５６．５号公報（１９９９年０８月１８日出願） 欧州特許出願第１０１６８３６３．９号公報（２０１１年０１月０５日出願） 韓国公開特許第１０−２００９−００５７３５０号公報（２００９年０６月０５日公開）
上記のような技術的なニーズにより、偏電效果を用いた指向性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指向性ＭＩＭＯアンテナを提供することを目的とする。
本発明の目的を達成するために、偏電効果を用いた放射アンテナのうち放射パターンを維持する指向性ＭＩＭＯアンテナを提供するにあたり、回路基板の一側面に水平偏波を発生させるための複数個の水平偏波ストリップを配置した水平偏波線路が形成され、上記水平偏波線路に対応するために回路基板の反対側面に形成されて垂直偏波を発生させるための複数個の垂直偏波ストリップを配置した垂直偏波線路が形成され、上記水平偏波線路と垂直偏波線路が結線される放射アンテナが形成される。
このとき、上記水平偏波線路は、マイクロストリップを一対のノードが離れる方向が水平方向に向かうように水平偏波ストリップが形成され、且つ、複数個の上記水平偏波ストリップが回路基板上に配置され、それぞれの水平偏波ストリップが結線された後、その末端には水平偏波を発生させるための信号電源を印加するために第１電源印加ポートを水平偏波線路の中心に位置するように形成され、上記一対のノードと隣接する部分に第１ノードホールが回路基板を貫通するように形成される。また、第１電源印加ポートと隣接するように第１スルーホール端子がさらに形成される。
また、上記垂直偏波線路は、マイクロストリップを一対のノードが離れる方向が垂直方向に向かうように垂直偏波ストリップが形成され、且つ、上記複数個の垂直偏波ストリップが回路基板上に配置され、それぞれの垂直偏波ストリップが結線された後、その末端には垂直偏波を発生させるための信号電源を印加するために第２電源印加ポートを垂直偏波線路の中心に位置するように形成され、上記一対のノードと隣接する部分に第２ノードホールが回路基板を貫通するように形成される。上記水平偏波線路及び垂直偏波線路にそれぞれ形成される水平偏波ストリップと垂直偏波ストリップが結線されて信号の送信及び受信を担当する放射アンテナは、水平偏波ストリップのノードと結線される第１リードピン、及び回路基板を貫通して垂直偏波ストリップのノードと結線される第２リードピンによって水平偏波線路及び垂直偏波線路に印加された信号を放射することを特徴とする偏電効果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナを提供することにより、本発明の目的を達成することができる。
上記のような技術的ニーズにより、偏電效果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナを提供することができるため、その構造が簡単で製造が容易な高性能の指向性ＭＩＭＯ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の概要説明図 本発明の正面図 本発明の前面線路図 本発明の背面線路図 本発明の構造を示すための側面図 本発明の偏電効果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナの放射パターンを示す放射パターン図 本発明による多様なパターンで適用したアンテナの例を示す例示説明図 本発明による多様なパターンで適用したアンテナの例を示す例示説明図 本発明による多様なパターンで適用したアンテナの例を示す例示説明図 本発明による多様なパターンで適用したアンテナの例を示す例示説明図 本発明による多様なパターンで適用したアンテナの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として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（偏電效果とその応用）で説明されている公知の技術であるため省略する。
上記のような偏電効果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナに関しては、以下でより具体的に説明する。
図２は本発明の正面図であり、図３は本発明の前面線路図であり、図４は本発明の背面線路図であり、図５は本発明の構造を示すための側面図である。
図２から図５を参照して説明すると、回路基板上に、偏波を発生させるための複数個のマイクロストリップ線路が配置されるように形成される偏波線路がそれぞれ形成され、上記偏波線路の一側に放射アンテナが結合される。
本発明による指向性ＭＩＭＯアンテナは、水平偏波線路３０、垂直偏波線路４０、及び放射アンテナ２０を含む。より詳細に説明すると、回路基板１０の一側面に水平偏波を発生させるための複数個の水平偏波ストリップ３１を配置した水平偏波線路３０が形成され、上記水平偏波線路３０に対応するために、回路基板の反対側面に形成されて垂直偏波を発生させるための複数個の垂直偏波ストリップ４１を配置して垂直偏波線路４０形成され、上記水平偏波線路３０と垂直偏波線路４０が結線される放射アンテナ２０が形成される。
上記回路基板１０は、通常のＰＣＢ基板であり、エッチングまたはプリンティングなどの方法を通じてマイクロストリップを用いた回路、即ち、線路を具現することができるものであれば何でも可能である。
上記回路基板１０の一側面に形成される水平偏波線路３０は、水平方向に偏波を発生させるように、偏電效果を発生させることができるマイクロストリップを用いた複数個の水平偏波ストリップ３１を配置した後、それぞれの水平偏波ストリップ３１を結線して形成される。
ここで、上記水平偏波ストリップ３１は、一対のノード３１ａ、３１ｂが水平に配置されるように形成される。
上記のようなノード３１ａ、３１ｂには放射アンテナ２０の第１リードピン２１が結線される。
また、上記ノード３１ａ、３１ｂと隣接する基板上には第１ノードホール３２ａ、３２ｂが形成される。上記第１ノードホール３２ａ、３２ｂは、回路基板１０の背面部に形成される垂直偏波線路４０のノード４１ａ、４１ｂに対応し、回路基板１０を貫通して形成される。
これは、放射アンテナ２０の第２リードピン２２が内挿されて垂直偏波ストリップ４１と結線されるようにするためである。
また、水平偏波線路３０の中心部には水平偏波線路３０に信号電源を印加するための第１電源印加ポート３４が形成され、上記第１電源印加ポート３４と隣接する部分に第１スルーホール端子３３が形成される。
上記のような第１スルーホール端子３３は、反対側面に形成される垂直偏波線路４０の第２電源印加ポート４３と回路基板１０を貫通して結線される。
上記のように形成された水平偏波線路３０の反対側面には、上記水平偏波線路３０に対応し、垂直方向に偏波を発生させることができるマイクロストリップを用いた複数個の垂直偏波ストリップ４１を配置した後、それぞれの垂直偏波ストリップ４１を結線した垂直偏波線路４０が形成される。
このとき、上記垂直偏波ストリップ４１は、水平偏波ストリップ３１のような形状のマイクロストリップを９０°回転させて、垂直方向に偏波を発生させるように形成する。
上記のように形成された複数個の垂直偏波ストリップ４１は、反対側に形成されるそれぞれの水平偏波ストリップ３１に対応するように配置される。
より詳細に説明すると、垂直偏波ストリップ４１のノード４１ａ、４１ｂが水平偏波ストリップ３１の第１ノードホール３２ａ、３２ｂに対応するように配置する。
また、上記垂直偏波ストリップ４１のノード４１ａ、４１ｂと隣接するように形成される第２ノードホール４２ａ、４２ｂは、回路基板１０を貫通して水平偏波ストリップ３１のノード３１ａ、３１ｂにそれぞれ対応するように形成される。
ここで、放射アンテナ２０の第１リードピン２１が挿入されて結合される。
上記のように形成された垂直偏波線路４０の中心部には垂直偏波を発生させるための信号電源を印加するために第２電源印加ポート４３が形成され、上記第２電源印加ポート４３と隣接する部分に第２スルーホール端子４４が形成される。
上記のように、１つの回路基板１０の前面部と背面部にそれぞれ水平偏波線路３０及び垂直偏波線路４０を形成した後、信号電源を印加すると、複数個の水平偏波ストリップ３１及び垂直偏波ストリップ４１で発生した信号が放射アンテナ２０を通じて放射される。
このような偏電効果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナで放射される複数個の信号は放射アンテナ２０に沿って指向性を維持する。
これに関しては、本発明の偏電効果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナの放射パターンを示す図６を参照すると、特定の方向に信号放射方向が偏重して指向性を維持することが分かる。
また、本発明を詳細に説明するために４×４マトリックスモデルを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、図７から図１１のように多様なパターンで適用することができる。
これは、適用される信号の個数及び範囲に応じて異なるように適用することができるためである。
上記のような方法により、本発明の偏電効果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナが提供されることができる。
１０ 回路基板
２０ 放射アンテナ
２１ 第１リードピン
２２ 第２リードピン
３０ 水平偏波線路
３１ 水平偏波ストリップ
３１ａ、３１ｂ ノード
３２ａ、３２ｂ 第１ノードホール
３３ 第１スルーホール端子
３４ 第１電源印加端子
４０ 垂直偏波線路
４１ 垂直偏波ストリップ
４１ａ、４１ｂ ノード
４２ａ、４２ｂ 第２ノードホール
４３ 第２電源印加ポート
４４ 第２スルーホール端子

Claims (5)

  1. 偏電効果を用いた放射アンテナのうち放射パターンを用いて指向性を維持するＭＩＭＯアンテナにおいて、
    回路基板１０の一側面に水平偏波を発生させるための複数個の水平偏波ストリップ３１を配置して形成される水平偏波線路３０と、
    前記水平偏波線路３０に対応するために回路基板の反対側面に形成されて垂直偏波を発生させるための複数個の垂直偏波ストリップ４１を配置して形成される垂直偏波線路４０と、
    前記水平偏波線路３０と垂直偏波線路４０が結線される放射アンテナ２０と、を含む
    ことを特徴とする偏電効果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナ。
  2. 前記水平偏波線路３０は、マイクロストリップを一対のノード３１ａ、３１ｂが離れる方向が水平方向に向かうように水平偏波ストリップ３１が形成され、且つ、前記複数個の水平偏波ストリップ３１が回路基板１０上に配置され、それぞれの水平偏波ストリップ３１が結線された後、その末端には水平偏波を発生させるための信号電源を印加するために第１電源印加ポート３４を水平偏波線路３０の中心に位置するように形成され、前記一対のノード３１ａ、３１ｂと隣接する部分に第１ノードホール３２ａ、３２ｂが回路基板１０を貫通するように形成される
    請求項１に記載の偏電効果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナ。
  3. 前記水平偏波線路３０の第１電源印加ポート３４と隣接するように第１スルーホール端子３３がさらに形成される
    請求項２に記載の偏電効果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナ。
  4. 前記垂直偏波線路４０は、マイクロストリップを一対のノード４１ａ、４１ｂが離れる方向が垂直方向に向かうように垂直偏波ストリップ４１が形成され、且つ、前記複数個の垂直偏波ストリップ４１が回路基板１０上に配置され、それぞれの垂直偏波ストリップ４１が結線された後、その末端には垂直偏波を発生させるための信号電源を印加するために第２電源印加ポート４３を垂直偏波線路４０の中心に位置するように形成され、前記一対のノード４１ａ、４１ｂと隣接する部分に第２ノードホール４２ａ、４２ｂが回路基板１０を貫通するように形成される
    請求項１に記載の偏電効果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナ。
  5. 前記水平偏波線路３０及び垂直偏波線路４０にそれぞれ形成される水平偏波ストリップ３１と垂直偏波ストリップ４１が結線されて信号の送信及び受信を担当する放射アンテナ２０は、水平偏波ストリップ３１のノード３１ａ、３１ｂと結線される第１リードピン２１、及び回路基板１０を貫通して垂直偏波ストリップ４１のノード４１ａ、４１ｂと結線される第２リードピン２２によって水平偏波線路３０及び垂直偏波線路４０に印加された信号を放射する
    請求項１ないし４のいずれかに記載の偏電効果を用いた指向性ＭＩＭＯアンテナ。
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